一种用于隧道下穿铁路的安全监测系统

1.本实用新型属于隧道安全监测技术领域，特别涉及一种用于隧道下穿铁路的安全监测系统。


背景技术：

2.铁路因其具有经济、便捷、高效、舒适、安全、大容量、节能减排等特点，在经济社会发展中扮演着重要的地位和作用，对经济社会发展产生了重大而深远的影响；虽然铁路带动了城市的发展，但是随着城市规模的增大、功能的扩展，铁路路线对城市空间的分割作用显现出来，对城市发展表现出一定的负面影响，主要表现在以下几个方面：
3.(1)城市平面布局中，铁路路线分割了城市的功能，使铁路两侧的城市区域发展不平衡，功能隔断，城区间的联系不畅；(2)城镇人口的大量增加，城市交通量大幅增加，交通拥堵日益增强。铁路运营速度提升，原本交通不畅的平交路口更加拥堵，成为交通拥堵的一个重要节点，使原本不畅的交通更加拥堵；(3)公路铁路交叉路口多位于城市中心或经济比较发达的街区，铁路使公路的平顺性中断，严重影响了通行能力。
4.因此为解决此类问题，在新建道路与铁路立体方案中，通常采用下穿铁路的方案，其较上跨方案有明显的优势，主要有如下：(1)从铁路行车安全的方面考虑，易于预先采取防护措施；下穿框架施工时，无需中断列车运行，对铁路的运营影响较小；(2)下穿框架占地较小，节约市政道路占地，能够提高城市中土地资源的利用效率，符合城市发展长远利益；(3)下穿铁路立交方案更符合城市景观的要求，避免了上跨方案中大体量桥梁结构阻碍或分割景观的弊端，道路两侧可配合绿化设置、夜间照明等，形成城市中的景观作品，满足城市的景观要求；(4)下穿方案可根据道路规划进行主辅道分离设置，采用不同的坡度，以从而使用规划要求，减少引道长度，同时可以利用边孔埋设部分市政管线。
5.目前，隧道下穿既有铁路的工程中，对既有线路进行线路加固后，再采用预制顶进或明挖现浇方法进行施工；隧道下穿铁路工程涉及隧道上方铁路列车行车安全、隧道上方既有铁路线路加固结构安全、隧道安全、边坡支护安全等；其中任一环节出现问题都有可能导致安全事故，造成人员伤亡；中国专利申请：隧道下穿铁路的安全联动控制方法及系统(申请号：201510459238.5)中公开的监测既有铁路变形的安全联动控制系统，仅仅局限于隧道上方铁路安全监测，现阶段未见我国针对隧道下穿铁路工程进行全过程、全面立体化的安全监测并建立安全联动系统；因此，亟待设计一种用于隧道下穿铁路工程安全监测系统，其将对隧道下穿铁路工程全面提高安全性具有重要的指导价值和现实意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种用于隧道下穿铁路的安全监测联动系统，以解决现有的安全监测系统，无法满足施工和运营期间安全监测以及安全联动的要求的技术要求，能够全面提高隧道下穿铁路全过程施工的安全性。
7.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
8.本实用新型提供了一种用于隧道下穿铁路的安全监测系统，包括安全监测子系统、安全联动子系统及数据共享平台；
9.安全监测子系统，用于获取待测隧道的安全监测数据，并发送所述的安全监测数据至安全联动子系统；所述待测隧道的安全监测数据包括隧道上方铁路安全监测数据、隧道施工及运营期间安全监测数据及边坡支护安全监测数据；
10.安全联动子系统，用于将接收的安全监测数据，转换为预设格式的工程数据；将所述预设格式的工程数据转换为监测结果图表；获取所述预设格式的工程数据的安全级别，输出警情报告信息；以及传输所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表及警情报告信息至数据共享平台；
11.数据共享平台，用于获取人工安全监测数据，接收所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表及警情报告信息，建立监测文件；并对监测文件进行存储及显示管理。
12.进一步的，安全监测子系统包括隧道上方铁路安全监测模块、隧道施工及运营期间安全监测模块及边坡支护安全监测模块；
13.隧道上方铁路安全监测模块，用于获取隧道上方铁路的安全监测数据；
14.隧道施工及运营期间安全监测模块，用于获取隧道施工及运营期间的安全监测数据；
15.边坡支护安全监测模块，用于获取边坡支护的安全监测结果。
16.进一步的，隧道上方铁路安全监测模块，包括第一数据采集单元及第一数据传输单元；第一数据采集单元，用于采集隧道上方铁路轨道的平顺性数据、隧道上方铁路路基沉降数据以及隧道上方临时架空铁路便梁结构的应力应变数据；第一数据传输单元，用于将所述上方铁路轨道的平顺性数据、所述隧道上方铁路路基沉降数据以及所述隧道上方临时架空铁路便梁结构的应力应变数据传输至安全联动子系统；
17.隧道施工及运营期间安全监测模块，包括第二数据采集单元及第二数据传输单元；第二数据采集单元，用于采集隧道施工期间基底隆起变形数据、隧道运营期间结构应力应变数据、隧道运营期间结构沉降数据及隧道运营期间结构受列车振动影响数据；第二数据传输单元，用于将所述隧道施工期间基底隆起变形数据、所述隧道运营期间结构应力应变数据、所述隧道运营期间结构沉降数据及所述隧道运营期间结构受列车振动影响数据传输至安全联动子系统；
18.边坡支护安全监测模块，包括第三数据采集单元及第三数据传输单元；第三数据采集单元，用于采集边坡土体位移数据及边坡周围土体位移数据；第三数据传输单元，用于将所述边坡土体位移数据及所述边坡周围土体位移数据传输至安全联动子系统。
19.进一步的，第一数据采集单元、第二数据采集单元及第三数据采集单元均采用智能采集单元；所述智能采集单元为振弦式传感器和光纤光栅式传感器中的一种或两种。
20.进一步的，第一数据传输单元、第二数据传输单元及第三数据传输单元与安全联动子系统之间均采用5g通讯方式连接。
21.进一步的，安全联动子系统包括数据分析转换模块、数据自动图表化模块、安全级别评估模块及警情报告模块；
22.数据分析转换模块，用于对接收的安全监测数据进行格式转换，得到预设格式的工程数据；并将所述预设格式的工程数据传输至数据自动图表模块、安全级别评估模块及
数据共享平台；
23.数据自动图表模块，用于对所述预设格式的工程数据进行图表转换，得到监测结果图表，并将所述监测结果图表传输至数据共享平台；
24.安全级别评估模块，用于将预设格式的工程数据与行业规范内对应数据限值进行比较，得到所述预设格式的工程数据的安全级别信息，并传输所述预设格式的工程数据的安全级别信息至警情报告模块；
25.警情报告模块，用于响应所述预设格式的工程数据的安全级别信息，生成警情报告信息；并传输所述警情报告信息至数据共享平台。
26.进一步的，安全级别评估模块中，将预设格式的工程数据与行业规范内对应数据限值进行比较，得到所述预设格式的工程数据的安全级别信息，并传输所述预设格式的工程数据的安全级别信息至警情报告模块的过程，具体如下：
27.若所述预设格式的工程数据小于所述行业规范内对应数据限值的60％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为安全级别；
28.若所述预设格式的工程数据大于所述行业规范内对应数据限值的60％，但小于所述行业规范内对应数据限值的80％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为预警级别；
29.若所述预设格式的工程数据大于所述行业规范内对应数据限值的80％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为报警级别。
30.进一步的，数据共享平台包括身份验证单元、数据输入单元、数据管理存储单元及数据输出单元；
31.身份验证单元，用于验证用户信息；
32.数据输入单元，用于获取人工监测的工程数据，并将所述人工监测的工程数据传输至数据管理存储单元；
33.数据管理存储单元，用于对所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表、所述警情报告信息及所述人工监测的工程数据进行存储、显示管理。
34.数据输出单元，用于为其他设备平台提供接口，以将存储的所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表、所述警情报告信息及所述人工监测的工程数据传输至其他设备平台进行使用。
35.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
36.本实用新型提供了一种用于隧道下穿铁路的安全监测系统，通过设置安全监测子系统，能够对隧道上方铁路安全监测数据、隧道施工及运营期间安全监测数据及边坡支护安全监测数据的实时监测；以及利用数据共享平台实现人工安全监测数据的获取，实现全面覆盖隧道下穿铁路施工及运用过程的安全监测，利用安全联动子系统对安全监测数据进行格式转换，获取监测结果图表，确保了数据采集及处理效率；利用数据共享平台对监测文件进行存储管理，便于监测结果的共享，监测过程降低了自然环境的影响；满足施工和运营期间安全监测以及安全联动的要求的技术要求，实现实时动态监测，能够全面提高隧道下穿铁路全过程施工的安全性及可靠性。
37.进一步的，通过设置隧道上方铁路安全监测模块、隧道施工及运营期间安全监测模块及边坡支护安全监测模块，实现全过程、全面立体化的安全监测联动，能够保证隧道参
见各方均能参与隧道施工期间、运营期间的安全决策，以建立安全问题的共同知悉，共同解决的安全联动机制；能够有效地记录隧道下穿铁路工程全过程、全方面立体化的安全隐患，保证了施工安全、运营安全，提高了施工效率。
38.进一步的，数据采集单元采用振弦式传感器和光纤光栅式传感器中的一种或两种，基于现有的传感器数据采集手段，系统结构简单，实现难度较低。
39.进一步的，数据采集单元与安全联动子系统之间采用5g通讯方式，有效提高了监测数据的传输速率及安全性，确保了系统的运行效率。
附图说明
40.图1为实施例所述的安全监测系统的结构框图；
41.图2为实施例中的安全联动子系统的运行逻辑示意图。
具体实施方式
42.为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
43.实施例
44.如附图1所示，本实施例提供了一种用于隧道下穿铁路的安全监测系统，包括安全监测子系统、安全联动子系统及数据共享平台；其中，安全监测子系统，用于获取待测隧道的安全监测数据，并发送所述的安全监测数据至安全联动子系统；所述待测隧道的安全监测数据包括隧道上方铁路安全监测数据、隧道施工及运营期间安全监测数据及边坡支护安全监测数据；安全联动子系统，用于将接收的安全监测数据，转换为预设格式的工程数据；将所述预设格式的工程数据转换为监测结果图表；获取所述预设格式的工程数据的安全级别，输出警情报告信息；以及传输所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表及警情报告信息至数据共享平台；数据共享平台，用于获取人工安全监测数据，接收所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表及警情报告信息，建立监测文件；并对监测文件进行存储及显示管理。
45.本实施例所述的用于隧道下穿铁路的安全监测方法，包括以下步骤：
46.利用安全监测子系统，获取待测隧道的安全监测数据；所述待测隧道的安全监测数据包括隧道上方铁路安全监测数据、隧道施工及运营期间安全监测数据及边坡支护安全监测数据；
47.利用安全联动子系统，将所述待测隧道的安全监测数据，转换为预设格式的工程数据；将所述预设格式的工程数据转换为监测结果图表；获取所述预设格式的工程数据的安全级别，输出警情报告信息；
48.利用数据共享平台，获取人工安全监测数据，结合所述所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表及警情报告信息，建立监测文件；并对监测文件进行存储及显示管理。
49.本实施例所述的用于隧道下穿铁路的安全监测系统，通过设置安全监测子系统，能够对隧道上方铁路安全监测数据、隧道施工及运营期间安全监测数据及边坡支护安全监测数据的实时监测；以及利用数据共享平台实现人工安全监测数据的获取，实现全面覆盖
隧道下穿铁路施工及运用过程的安全监测，利用安全联动子系统对安全监测数据进行格式转换，获取监测结果图表，确保了数据采集及处理效率；利用数据共享平台对监测文件进行存储管理，便于监测结果的共享，监测过程降低了自然环境的影响；满足施工和运营期间安全监测以及安全联动的要求的技术要求，实现实时动态监测，能够全面提高隧道下穿铁路全过程施工的安全性及可靠性。
50.本实施例中，安全监测子系统包括隧道上方铁路安全监测模块、隧道施工及运营期间安全监测模块及边坡支护安全监测模块。
51.所述隧道上方铁路安全监测模块，用于获取隧道上方铁路的安全监测数据；所述隧道上方铁路安全监测模块，包括第一数据采集单元及第一数据传输单元。
52.所述第一数据采集单元，用于采集隧道上方铁路轨道的平顺性数据、隧道上方铁路路基沉降数据以及隧道上方临时架空铁路便梁结构的应力应变数据；所述第一数据传输单元，用于将所述上方铁路轨道的平顺性数据、所述隧道上方铁路路基沉降数据以及所述隧道上方临时架空铁路便梁结构的应力应变数据传输至安全联动子系统。
53.所述隧道施工及运营期间安全监测模块，用于获取隧道施工及运营期间的安全监测数据；所述隧道施工及运营期间安全监测模块，包括第二数据采集单元及第二数据传输单元。
54.所述第二数据采集单元，用于采集隧道施工期间基底隆起变形数据、隧道运营期间结构应力应变数据、隧道运营期间结构沉降数据及隧道运营期间结构受列车振动影响数据；第二数据传输单元，用于将所述隧道施工期间基底隆起变形数据、所述隧道运营期间结构应力应变数据、所述隧道运营期间结构沉降数据及所述隧道运营期间结构受列车振动影响数据传输至安全联动子系统。
55.所述边坡支护安全监测模块，用于获取边坡支护的安全监测结果；所述边坡支护安全监测模块，包括第三数据采集单元及第三数据传输单元；所述第三数据采集单元，用于采集边坡土体位移数据及边坡周围土体位移数据；第三数据传输单元，用于将所述边坡土体位移数据及所述边坡周围土体位移数据传输至安全联动子系统
56.本实施例中，第一数据采集单元、第二数据采集单元及第三数据采集单元均采用智能采集单元；所述智能采集单元为振弦式传感器和光纤光栅式传感器中的一种或两种；其中，振弦式传感器可长期承受列车动荷载，针对隧道上方既有铁路线路加固结构监测可采用振弦式传感器监测结构安全；光纤光栅传感器可适应恶劣环境以减少环境对传感器的破坏，边坡支护完成后可采用光纤光栅式传感器植入边坡土体中监测边坡失稳。该安全监测子系统兼容性强，可适应不同类型仪器；能够保证安全监测的同时可根据实际情况调整传感器类型，减少资金的投入，达到安全监测与经济性的平衡；第一数据传输单元、第二数据传输单元及第三数据传输单元与所述安全联动子系统之间均采用5g通讯方式连接；数据传输单元通过植入5g通信技术，可高速度、低时延的将实时动态数据传入安全联动子系统；基于5g通信技术的数据传输单元可有效地提高数据传输、数据转换效率，整体优化了系统运行能力。
57.本实施例中，安全监测子系统中的智能采集单元，应用物联网技术将传感器布置于隧道上方铁路、隧道结构以及边坡，全面覆盖隧道下穿铁路施工各个过程使得安全监测智能化，实现不受自然环境的实时动态监测；安全监测子系统中的数据传输单元，应用5g通
信技术高速度、低时延等优点可加快数据传输速率至安全联动子系统进行数据分析转换、安全评估以及警情报告，解决了以往隧道下穿铁路工程施工及运营期间数据采集效率低、传输慢、共享难的问题，整体优化了系统运行能力。
58.本实施例中，安全监测子系统监测周期由施工期间直到运营期间，可有效地记录隧道下穿铁路工程全过程周期的安全隐患，为今后类似隧道下穿铁路工程减少安全隐患提供依据；安全监测子系统涉及隧道上方铁路列车行车安全、隧道上方既有铁路线路加固结构安全、隧道安全、边坡支护安全，可有效地对隧道下穿铁路工程进行全面立体化安全监测，对今后类似隧道下穿铁路工程的设计、施工以及安全管理具有极大的指导意义。
59.本实施例所述的安全监测系统中，安全联动子系统包括数据分析转换模块、数据自动图表化模块、安全级别评估模块及警情报告模块。
60.所述数据分析转换模块，用于对接收的安全监测数据进行格式转换，得到预设格式的工程数据；并将所述预设格式的工程数据传输至数据自动图表模块、安全级别评估模块及数据共享平台；数据自动图表模块，用于对所述预设格式的工程数据进行图表转换，得到监测结果图表，并将所述监测结果图表传输至数据共享平台；本实施例中，数据分析转换模块具有智能识别并转换不同类型传感器数据的功能，解决了其它系统中只能识别转换单一类型采集仪器数据的弊端；兼容性强可适应不同类型仪器，保证安全监测的同时可根据实际情况调整传感器类型，减少资金的投入，达到安全监测与经济性的平衡。数据自动图表化模块具有将工程数据转换为图表的功能，提高了数据可视化性及可读性，便于工程技术人员进行研究判断。
61.所述安全级别评估模块，用于将预设格式的工程数据与行业规范内对应数据限值进行比较，得到所述预设格式的工程数据的安全级别信息，并传输所述预设格式的工程数据的安全级别信息至警情报告模块；安全级别评估模块具有根据现行规范限值判定安全级别的功能，例如：安全级别、预警级别及报警级别，有效排查安全隐患，确保防患于未然，以保证施工以及运营期间安全。
62.如附图2所示，所述安全级别评估模块中，将预设格式的工程数据与行业规范内对应数据限值进行比较，得到所述预设格式的工程数据的安全级别信息，并传输所述预设格式的工程数据的安全级别信息至警情报告模块的过程，具体如下：
63.若所述预设格式的工程数据小于所述行业规范内对应数据限值的60％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为安全级别；若所述预设格式的工程数据大于所述行业规范内对应数据限值的60％，但小于所述行业规范内对应数据限值的80％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为预警级别；若所述预设格式的工程数据大于所述行业规范内对应数据限值的80％时，所述预设格式的工程数据的安全级别信息为报警级别。
64.所述警情报告模块，用于响应所述预设格式的工程数据的安全级别信息，生成警情报告信息；并传输所述警情报告信息至数据共享平台；其中，警情报告模块，能够定时发送“安全”状态至建设单位项目负责人、勘察单位项目负责人、设计单位项目负责人、施工单位项目经理、监理单位总监理工程师的移动手机端；“预警”、“报警”消息实时发送至“五方”责任人手机移动端；极大提高了险情知悉的效率，解决了以往单一部门独自解决的弊端，考虑了所有部门之间的相互作用，建立了一种“五方”安全联动机制，加强了彼此安全意识。
65.本实施例中，所述数据转换分析模块可将不同类型传感器数据转换为工程所需数
据，然后通过所述数据自动图表化模块将工程数据转换为图表，所述数据转换分析模块与所述数据自动图表化模块的组合可有效地提高数据分析转换的效率、同时将数据实时转换为图表，提高数据可视化性及可读性；安全级别评估模块需要对工程数据判断安全级别，安全级别分为安全、预警和报警，安全级别评估模块可有效排查安全隐患，确保防患于未然，以保证施工以及运营期间安全；警情报告模块根据安全级别评估模块提供的安全级别发送消息至隧道建设的五方责任人的移动手机端，警情报告模块能够确保施工过程中隧道参建部门均参与进施工期间、运营期间安全决策，建立了安全隐患共同知悉、共同解决的安全联动机制。
66.具体使用时，安全联动子系统首先接收到安全监测子系统的实时动态数据，然后通过数据转换分析模块将根据不同类型仪器采集的实时监测动态数据转换为工程数据，然后数据自动图表化模块将数据图表化以提高数据可视化性、增强可读性。安全级别评估模块根据现行规范合理设置预警值、报警值，预警值、报警值分别设置为60％容许值、80％容许值。若工程监测数据小于预警值，则处于安全状态，应当正常施工；此时警情报告模块在施工期间每间隔3小时发送一次消息至责任人移动手机端，运营期间每间隔每12小时发送一次消息。若工程监测数据大于预警值但小于报警值，则处于预警状态，应当暂停施工；警情报告模块实时发送消息至责任人移动手机端，责任人将根据“预警”警报来源，前往现场查明安全隐患，同时更改施工参数排除安全隐患，排除安全隐患后且处于“安全”状态方可解除警报继续施工。
67.实际施工过程中，若工程监测数据大于报警值，则处于报警状态，应当立即停止施工；警情报告模块实时发送消息至责任人移动手机端，责任人将根据“报警”警报来源，立刻组织有一定资质的专家前往现场查明安全问题，召开研讨会，提出可行建议，解决安全问题后且处于“安全”状态方可解除警报继续施工。
68.本实施例中，数据共享平台包括身份验证单元、数据输入单元、数据管理存储单元及数据输出单元；身份验证单元，用于验证用户信息；数据输入单元，用于获取人工监测的工程数据，并将所述人工监测的工程数据传输至数据管理存储单元；数据管理存储单元，用于对所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表、所述警情报告信息及所述人工监测的工程数据进行存储、显示管理。数据输出单元，用于为其他设备平台提供接口，以将存储的所述预设格式的工程数据、所述监测结果图表、所述警情报告信息及所述人工监测的工程数据传输至其他设备平台进行使用。
69.本实施例中，安全联动子系统及数据共享平台能够同时部署在移动手机端或pc端；数据共享平台能够提高系统数据安全性，减少了以往数据发送部门与数据接收部门之间繁琐的数据传输工作，施工期间所有工程数据均可以通过数据共享平台进行存储、查阅和传输，极大提高了工作效率、确保了施工数据完整性；数据共享平台，减少了以往数据发送部门与数据接收部门之间繁琐的数据传输工作，施工期间所有工程数据均可以通过数据共享平台进行存储、查阅和传输，极大提高了工作效率、确保了数据完整性。
70.本实用新型所述的用于隧道下穿铁路的安全监测系统，基于5g物联网技术建立，避免了以往普通人工监测常受自然环境、监测人员技术水平、动态数据难以获取等因素影响导致工程事故频发的技术问题；建立了隧道下穿铁路工程全过程、全面立体化安全监测联动系统，确保了所有部门均参与进施工期间、运营期间的安全决策，建立了安全问题共同
知悉、共同解决的“五方”安全联动机制。有效地记录了隧道下穿铁路工程全过程、全方面立体化的安全隐患，保证了施工安全、运营安全，提高了施工效率，为今后类似隧道下穿铁路工程减少安全隐患提供依据，对今后类似隧道下穿铁路工程的设计、施工以及安全管理具有极大的指导意义。
71.上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。