一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，包括盾構(gòu)隧道管片、風險預(yù)警裝置、試驗機和底板，盾構(gòu)隧道管片安裝于試驗機內(nèi)部，試驗機連接底板，風險預(yù)警裝置連接盾構(gòu)隧道管片，并固定在底板上，風險預(yù)警裝置包括監(jiān)測傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊、預(yù)警器和上位機，監(jiān)測傳感器分別連接盾構(gòu)隧道管片和微處理器，微處理器分別連接數(shù)據(jù)存儲器、預(yù)警器和上位機，上位機連接數(shù)據(jù)存儲器，電源模塊分別連接監(jiān)測傳感器、微處理器、預(yù)警器和數(shù)據(jù)存儲器，微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊和預(yù)警器分別固定在底板上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可用于盾構(gòu)隧道受力變形試驗和盾構(gòu)隧道風險預(yù)警系統(tǒng)的演示，是一個多功能演示平臺，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。
【專利說明】—種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種隧道預(yù)警演示平臺，尤其是涉及一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城鎮(zhèn)化的大力推進，地鐵作為一種運量大、速度快、安全、準點、保護環(huán)境、節(jié)約能源的交通方式，在我國得到快速發(fā)展，使城市交通狀況有了明顯改善。在城市地鐵大規(guī)模建設(shè)的同時，運營地鐵隧道的結(jié)構(gòu)健康狀況也越來越受到社會的廣泛關(guān)注。由于施工缺陷、復雜地質(zhì)條件、長期荷載、頻繁的列車振動、材料劣化等原因，運營地鐵隧道已呈現(xiàn)出比較嚴重的病害情況。由此，對于地鐵盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控尤顯重要。
[0003]地鐵盾構(gòu)隧道是一種超長線狀結(jié)構(gòu)，其監(jiān)控種類多、分布分散，安裝空間狹小，這些為地鐵隧道的監(jiān)控提出了更高的要求。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有布局靈活、結(jié)構(gòu)易變、生命力較強等特點，在地鐵隧道中具有良好的應(yīng)用前景。風險預(yù)警可視化系統(tǒng)可對工程結(jié)構(gòu)中存在的風險狀態(tài)進行實時的反饋和及時的預(yù)警，以保證工程施工和運營安全性的。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，可用于盾構(gòu)隧道受力變形試驗和盾構(gòu)隧道風險預(yù)警系統(tǒng)的演示，是一個多功能演示平臺，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。
[0005]本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，包括盾構(gòu)隧道管片、風險預(yù)警裝置、試驗機和底板，所述的盾構(gòu)隧道管片安裝于試驗機內(nèi)部，所述的試驗機連接底板，所述的風險預(yù)警裝置連接盾構(gòu)隧道管片，并固定在底板上。
[0007]所述的盾構(gòu)隧道管片的形狀為六邊形，由六個管片依次通過管片接頭連接構(gòu)成，所述的六邊形的上下側(cè)面平行，左側(cè)兩側(cè)面與右側(cè)兩側(cè)面為左右對稱結(jié)構(gòu)。
[0008]所述的管片接頭之間通過榫頭連接，所述的榫頭上設(shè)有預(yù)留孔洞，所述的預(yù)留孔洞上配置銷釘。
[0009]所述的試驗機采用壓重加載方式，包括反力架、加載裝置和荷載傳感器，所述的反力架的形狀為六邊形，所述的反力架的下側(cè)面連接底板，內(nèi)部裝有與下側(cè)面的內(nèi)側(cè)固定連接的盾構(gòu)隧道管片，所述的加載裝置為五個，各個加載裝置的一端分別連接反力架的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的內(nèi)側(cè)，另一端分別連接盾構(gòu)隧道管片的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的外側(cè)，所述的荷載傳感器連接加載裝置。
[0010]所述的荷載傳感器為五個，分別對應(yīng)連接一加載裝置。
[0011]所述的風險預(yù)警裝置包括監(jiān)測傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊、預(yù)警器和上位機，所述的監(jiān)測傳感器設(shè)于在盾構(gòu)隧道管片上，連接微處理器，所述的微處理器分別連接數(shù)據(jù)存儲器、預(yù)警器和上位機，所述的上位機連接數(shù)據(jù)存儲器，所述的電源模塊分別連接監(jiān)測傳感器、微處理器、預(yù)警器和數(shù)據(jù)存儲器，所述的微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊和預(yù)警器分別固定在底板上。
[0012]所述的監(jiān)測傳感器包括位移傳感器、傾斜傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、拉/壓力傳感器或應(yīng)變/應(yīng)力傳感器中的一種或幾種。
[0013]所述的監(jiān)測傳感器為多個。
[0014]所述的預(yù)警器采用LED燈組。
[0015]所述的微處理器通過預(yù)設(shè)插口、無線網(wǎng)絡(luò)、藍牙或移動通信網(wǎng)絡(luò)連接上位機。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0017]I)本實用新型針對盾構(gòu)隧道變形機理和風險預(yù)警機理，模擬了盾構(gòu)隧道變形特點，可用于盾構(gòu)隧道受力變形試驗，盾構(gòu)隧道風險預(yù)警系統(tǒng)的演示，是一個多功能演示平臺，包括:一組通過管片接頭連接的盾構(gòu)隧道剛性管片；用于監(jiān)測盾構(gòu)隧道管片形態(tài)，進行可視化預(yù)警的風險預(yù)警裝置；用于施加荷載的試驗機；用于固定各部件的底板；具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的特點；
[0018]2)本實用新型采用一組通過管片接頭連接的盾構(gòu)隧道剛性管片，在荷載作用下可以發(fā)生相對轉(zhuǎn)動變形，用以模擬盾構(gòu)隧道變形；
[0019]3)本實用新型中管片接頭可以發(fā)生相對轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)動剛度可控制調(diào)節(jié)，即通過建立銷釘預(yù)緊力和管片接頭剛度之間的關(guān)系，利用力矩扳手調(diào)整六個接頭上銷釘?shù)念A(yù)緊力，以此來控制管片接頭的剛度，用于進行不同對比試驗；
[0020]4)本實用新型采用壓重加載方式進行施加荷載的試驗機加載系統(tǒng)，六邊形的對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計可令施力均衡，通過反饋安裝在加載器上的荷載傳感器的信號，可以控制施加荷載的大小，可方便進行不同情況的壓力試驗；
[0021]5)本實用新型設(shè)有自動監(jiān)測盾構(gòu)隧道管片形態(tài)、存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且進行可視化預(yù)警的風險預(yù)警裝置，包括監(jiān)測傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊、預(yù)警器和上位機，監(jiān)測傳感器將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到微處理器中，數(shù)據(jù)存儲器受微處理器控制，采集存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲器根據(jù)實測值與預(yù)設(shè)風險等級閾值的比較，判斷工程結(jié)構(gòu)所處風險等級，自動智能地選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集頻率；預(yù)警器受微處理器控制進行預(yù)警，上位機對數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)進行讀取、整理和存儲，對微處理器中的風險等級分級及風險等級閾值進行設(shè)定。
[0022]6)本實用新型可采用不同類型的監(jiān)測傳感器，對盾構(gòu)隧道管片的側(cè)面進行監(jiān)測，實現(xiàn)全面的、多功能的風險預(yù)警，具有教學、演示意義。
[0023]7)本實用新型中預(yù)警器采用LED燈組，通過自動智能地改變LED燈的色光和閃爍頻率進行不同風險等級的預(yù)警，實現(xiàn)可視化預(yù)警。
[0024]8)本實用新型上位機與微處理器的多種連接關(guān)系，方便教學者根據(jù)需要進行數(shù)據(jù)存儲和參數(shù)設(shè)計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型三維構(gòu)造示意圖；
[0026]圖2為本實用新型主視構(gòu)造示意圖；
[0027]圖3為本實用新型風險預(yù)警裝置分解示意圖；
[0028]圖4為本實用新型管片接頭部位分解示意圖；
[0029]圖5為本實用新型試驗機分解示意圖。
[0030]圖中:1、盾構(gòu)隧道管片，2、風險預(yù)警裝置，3、試驗機，4、底板，5、監(jiān)測傳感器，6、微處理器，7、預(yù)警器，8、電源模塊，9、銷釘，10、榫頭，11、反力架，12、加載器，13、荷載傳感器。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0032]如圖1、2所示，一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，包括盾構(gòu)隧道管片1、風險預(yù)警裝置2、試驗機3和底板4，盾構(gòu)隧道管片1安裝于試驗機3內(nèi)部，試驗機3連接底板4，風險預(yù)警裝置2連接盾構(gòu)隧道管片1，并固定在底板4上。
[0033]盾構(gòu)隧道管片1的形狀為六邊形，由六個管片依次通過管片接頭連接構(gòu)成，六邊形的上下側(cè)面平行，左側(cè)兩側(cè)面與右側(cè)兩側(cè)面為左右對稱結(jié)構(gòu)。如圖4所示，管片接頭之間通過榫頭10連接，榫頭10上設(shè)有預(yù)留孔洞，預(yù)留孔洞上配置銷釘9。
[0034]如圖5所示,試驗機3采用壓重加載方式，包括反力架11、加載裝置12和荷載傳感器13，反力架11的形狀為六邊形，反力架11的下側(cè)面連接底板4，內(nèi)部裝有與下側(cè)面的內(nèi)側(cè)固定連接的盾構(gòu)隧道管片1，加載裝置12為五個，各個加載裝置12的一端分別連接反力架11的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的內(nèi)側(cè)，另一端分別連接盾構(gòu)隧道管片1的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的外側(cè)，荷載傳感器13連接加載裝置12。荷載傳感器13為五個，分別對應(yīng)連接一加載裝置12。
[0035]如圖3所示，風險預(yù)警裝置2包括監(jiān)測傳感器5、微處理器6、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊8、預(yù)警器7和上位機，監(jiān)測傳感器5固定設(shè)置于盾構(gòu)隧道管片1側(cè)面的內(nèi)側(cè)上，并連接微處理器6，微處理器6分別連接數(shù)據(jù)存儲器、預(yù)警器7和上位機，上位機連接數(shù)據(jù)存儲器，電源模塊8分別連接監(jiān)測傳感器5、微處理器6、預(yù)警器7和數(shù)據(jù)存儲器，微處理器6、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊8和預(yù)警器7分別固定在底板4上。監(jiān)測傳感器5包括位移傳感器、傾斜傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、拉/壓力傳感器或應(yīng)變/應(yīng)力傳感器中的一種或幾種。預(yù)警器7采用LED燈組。監(jiān)測傳感器5中為多個。微處理器6通過預(yù)設(shè)插口、無線網(wǎng)絡(luò)、藍牙或移動通信網(wǎng)絡(luò)連接上位機。
[0036]在試驗之前，首先將底板4固定在水平地面上，保證平臺的平整性。根據(jù)所模擬的實際工程情況，通過建立銷釘9預(yù)緊力和管片接頭剛度之間的關(guān)系，利用力矩扳手調(diào)整六個接頭上銷釘9的預(yù)緊力，以此來控制管片接頭的剛度。開啟風險預(yù)警裝置2，風險預(yù)警裝置2中監(jiān)測傳感器5、微處理器6、數(shù)據(jù)存儲器、預(yù)警器7和上位機之間連接方式包括有線和無線。設(shè)置微處理器6中各個風險等級的預(yù)警值，具體數(shù)值通過理論分析得到。設(shè)置完成后，將監(jiān)測傳感器5復位清零。
[0037]試驗中，在盾構(gòu)隧道管片1相應(yīng)部位施加荷載，盾構(gòu)隧道管片1即發(fā)生相應(yīng)的變形。固定在盾構(gòu)隧道管片1上的監(jiān)測傳感器5隨之發(fā)生同樣的變形，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到風險預(yù)警裝置2的微處理器6中，數(shù)據(jù)存儲器受微處理器6控制，采集存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器根據(jù)實測值與預(yù)設(shè)風險等級閾值的比較，判斷工程結(jié)構(gòu)所處風險等級，自動智能地選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集頻率。預(yù)警器7受微處理器6控制，根據(jù)實測值與預(yù)設(shè)風險等級閾值的比較，判斷工程結(jié)構(gòu)所處風險等級，自動智能地改變LED燈的色光和閃爍頻率，實現(xiàn)可視化預(yù)警。上位機為電腦、手持設(shè)備或移動終端。上位機與所述微處理器6之間通過預(yù)設(shè)插口、無線網(wǎng)絡(luò)、藍牙或移動通信網(wǎng)絡(luò)相連接，用于讀取數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)，并對微處理器6中的風險等級分級及風險等級閾值進行設(shè)定。
[0038]之后，改變盾構(gòu)隧道管片I的管片接頭的剛度，或改變微處理器6中各個風險等級的預(yù)警值，采用上述同樣的流程，可進行對比試驗，使用非常方便。
【權(quán)利要求】
1.一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，包括盾構(gòu)隧道管片(I)、風險預(yù)警裝置(2)、試驗機(3)和底板(4)，所述的盾構(gòu)隧道管片(I)安裝于試驗機(3)內(nèi)部，所述的試驗機(3)連接底板(4)，所述的風險預(yù)警裝置(2)連接盾構(gòu)隧道管片(1)，并固定在底板(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的盾構(gòu)隧道管片(I)的形狀為六邊形，由六個管片依次通過管片接頭連接構(gòu)成，所述的六邊形的上下側(cè)面平行，左側(cè)兩側(cè)面與右側(cè)兩側(cè)面為左右對稱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的管片接頭之間通過榫頭(10)連接，所述的榫頭(10)上設(shè)有預(yù)留孔洞，所述的預(yù)留孔洞上配置銷釘(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的試驗機(3)采用壓重加載方式，包括反力架(11)、加載裝置(12)和荷載傳感器(13)，所述的反力架(11)的形狀為六邊形，所述的反力架(11)的下側(cè)面連接底板(4)，內(nèi)部裝有與下側(cè)面的內(nèi)側(cè)固定連接的盾構(gòu)隧道管片(I)，所述的加載裝置(12)為五個，各個加載裝置(12)的一端分別連接反力架(11)的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的內(nèi)側(cè)，另一端分別連接盾構(gòu)隧道管片(I)的上側(cè)面、左側(cè)兩側(cè)面和右側(cè)兩側(cè)面的外側(cè)，所述的荷載傳感器(13)連接加載裝置(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的荷載傳感器(13)為五個，分別對應(yīng)連接一加載裝置(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的風險預(yù)警裝置(2)包括監(jiān)測傳感器(5)、微處理器￠)、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊(8)、預(yù)警器(7)和上位機，所述的監(jiān)測傳感器(5)設(shè)于在盾構(gòu)隧道管片(4)上，連接微處理器(6)，所述的微處理器(6)分別連接數(shù)據(jù)存儲器、預(yù)警器(7)和上位機，所述的上位機連接數(shù)據(jù)存儲器，所述的電源模塊(8)分別連接監(jiān)測傳感器(5)、微處理器￠)、預(yù)警器(7)和數(shù)據(jù)存儲器，所述的微處理器￠)、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊(8)和預(yù)警器(7)分別固定在底板(4)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的監(jiān)測傳感器(5)包括位移傳感器、傾斜傳感器、振動傳感器、加速度傳感器、拉/壓力傳感器或應(yīng)變/應(yīng)力傳感器中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的監(jiān)測傳感器(5)為多個。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的預(yù)警器(7)采用LED燈組。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多功能盾構(gòu)隧道風險預(yù)警可視化演示平臺，其特征在于，所述的微處理器(6)通過預(yù)設(shè)插口、無線網(wǎng)絡(luò)、藍牙或移動通信網(wǎng)絡(luò)連接上位機。
【文檔編號】E21D9/06GK204098957SQ201420466755
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】黃宏偉, 王明卓, 肖麗 申請人:同濟大學