《盾構(gòu)現(xiàn)場智能化管理》1.地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)目

錄

CONTENTS01.

概述03.

參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)采集02.

系統(tǒng)組成與硬件連接04.

數(shù)據(jù)導出與收尾工作概述歡迎來到《地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)》實訓課堂，本次將學習

SIR4000地面透視雷達系統(tǒng)的操

作與使用，包括原理、組成、連接調(diào)試、數(shù)據(jù)采集及導出等內(nèi)容。實訓課堂導入SIR4000地面透視雷達系統(tǒng)的核心原理是通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，當電磁波傳播至不同介質(zhì)的分界面時，會因介質(zhì)

電磁特性差異產(chǎn)生反射。接收天線捕捉反射回地面的信號后，系統(tǒng)

將其轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)放大、濾波等處理生成時間—振幅剖面圖。

在地質(zhì)超前預(yù)報中，通過分析反射信號的傳播時間、振幅強度等特

征，可反演隧道、邊坡前方地下介質(zhì)分布，精準識別不良地質(zhì)體，

為工程施工安全提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。儀器原理講解系統(tǒng)組成與硬件連接PowerStatusLED電靂狀態(tài)指示燈Directical

Eeyad

定向鍵盤BackBattom返回縫—Stut

5toa開始施Sto

Bsttm停止憧MarkrIsputBattcm

標記鏈Seftare

CentrelButf

較件控制按鍵主機端口配置硬件從左到右有13針數(shù)字天線、19針模擬天線、外接電源等端

口，右側(cè)設(shè)迷你USB

和網(wǎng)口，左側(cè)電池槽有活動卡片鎖扣與內(nèi)置彈

簧，控制部分含功能鍵和控制旋鈕。系統(tǒng)硬件組成PewerBat

tam電源

開關(guān)CaatrolKnb控制旋鈕連接前確認部件無損壞、電量充足，先關(guān)主機或拔電池，將電纜母口連天線，19針公口接入主機模擬端口，對齊卡槽旋緊，

聽到“?！甭暭吹轿?，最后扣緊金屬鎖固定。模擬天線連接設(shè)備連接步驟參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)采集安裝電池或接電源后按下電源開關(guān)，指示燈紅閃轉(zhuǎn)常亮即啟動完成，進入主界面選擇2D/3D數(shù)據(jù)采集模式，進入專家模式選擇對應(yīng)天線，新建項目并進入?yún)?shù)設(shè)置界面。開機與參數(shù)配置開機與模式選擇雷達參數(shù)中，隧道檢測(400MHz

天線)選時間模式，采樣點數(shù)512或1024,掃描速度40~80,記錄長度35~50ns;超前預(yù)

報(100MHz

天線)選點測模式，記錄長度600ns。處理參數(shù)建

議關(guān)閉背景去除和信號底限跟蹤，增益可選自動或手動。參數(shù)設(shè)置要點關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置采集控制方法短按開始鍵啟動采集，長按可在停止后

立即開啟下一個或提示保存；短按停止鍵結(jié)束

采集，長按則停止并返回參數(shù)設(shè)置界面；采集

時按標記鍵可記錄紅色長標記，也可通過天線

打標器實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集操作PA

RT

04數(shù)據(jù)導出與收尾工作返回主界面插入專用U盤，點擊回放功能，選擇數(shù)據(jù)存儲路徑后選中需導出數(shù)據(jù)，點擊“復(fù)制到USB”

,完成后直接拔出U

盤即可。數(shù)據(jù)導出流程數(shù)據(jù)導出步驟長按電源鍵4秒直至屏幕熄滅，若出錯可延長至10秒，關(guān)機后拆卸天線，拔出電池，將天線、電池

與主機收納整齊裝箱。收尾操作規(guī)范設(shè)備關(guān)機與收納本次實訓學習了SIR4000系統(tǒng)的原理、組成、硬件連接、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集與導

出及收尾工作，掌握這些操作可為地質(zhì)超前

預(yù)報工程施工安全提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。小結(jié)

SUMMA

R

Y實訓回顧《盾構(gòu)現(xiàn)場智能化管理》2.盾構(gòu)姿態(tài)自動檢測傳統(tǒng)檢測技術(shù)局限人工測量依賴經(jīng)驗，誤差率高達±30mm,

難以滿足高精度施工要求。檢測間隔長，無法實時反映姿態(tài)變化，易引發(fā)軸線

偏差。自動檢測技術(shù)優(yōu)勢采用多傳感器融合技術(shù)，實時采樣頻率達10Hz,檢測精度提升至±5mm。數(shù)據(jù)自動上傳至管理平臺，支持遠程監(jiān)控與歷史趨勢分析。盾構(gòu)姿態(tài)檢測技術(shù)現(xiàn)狀檢測精度：平面位置偏差≤±5mm,高程偏差≤±8mm,角度測量精度

≤±0.01°。響應(yīng)時間：從數(shù)據(jù)采集到結(jié)果輸出≤1秒，滿足實時控制需求。開發(fā)基于多傳感器融合的盾構(gòu)姿態(tài)實時檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)三維姿態(tài)

參數(shù)的動態(tài)監(jiān)測。核心任務(wù)定義關(guān)鍵技術(shù)指標任務(wù)目標與技術(shù)指標硬件系統(tǒng)架構(gòu)傳感器選型與布局采用高精度慣導單元+激光靶定位系統(tǒng)，安裝于盾構(gòu)機前盾與中盾連接部。輔助配置傾角傳感器和行程傳感器，實現(xiàn)冗余檢測。數(shù)據(jù)采集與傳輸通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)匯聚，傳輸速率100Mbps,延遲≤20ms。配置邊緣計算網(wǎng)關(guān)，支持本地數(shù)據(jù)緩存與異常報警功能。數(shù)據(jù)可視化平臺●開發(fā)三維姿態(tài)模擬界面，實時顯示盾構(gòu)機軸線偏差、趨勢預(yù)測曲線及歷史數(shù)據(jù)查詢功能。支持與盾構(gòu)機PLC系統(tǒng)聯(lián)動，當偏差超閾值時自動觸發(fā)預(yù)警。姿態(tài)解算算法●可以通過實時監(jiān)控施工現(xiàn)場的進展情況，與預(yù)設(shè)的進度計劃進行對比，及時發(fā)現(xiàn)延誤和問題，并采取相應(yīng)措施進行調(diào)整。軟件算法與數(shù)據(jù)處理傳統(tǒng)與自動檢測效果對比傳統(tǒng)檢測：累計軸線偏差達120mm,

需3次人工糾偏，工期延誤2天。自動檢測：最終軸線偏差控制在35mm

內(nèi)，糾偏

次數(shù)減少60%,施工效率提升15%。工程概況某地鐵區(qū)間隧道工程，盾構(gòu)直徑6.28m,

全長1200m,穿越富水砂層與巖層交界面。地鐵隧道施工案例應(yīng)用設(shè)計定期標定機制，結(jié)合溫度補償模型，確保系統(tǒng)漂移量≤0.5mm/

天。針對巖層突變導致的傳感器振動干擾，采用自適應(yīng)濾波算法，濾波效果提升40%。技術(shù)難點與解決方案復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性長期穩(wěn)定性保障盾構(gòu)姿態(tài)自動檢測系統(tǒng)由傳感器層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層構(gòu)成，關(guān)鍵在于多源數(shù)據(jù)

融合算法。實時性與精度是核心指標，需通過硬件選型優(yōu)化與算法迭代持續(xù)提升。小結(jié)

SUMMA

R

Y技術(shù)核心要點思考題1盾構(gòu)姿態(tài)自動檢測系統(tǒng)中，多傳感器融合技術(shù)主要解決什么問題?請列舉2種

核心傳感器類型。思考題2某工程中盾構(gòu)機出現(xiàn)俯仰角異常波動，

可能的傳感器故障原因有哪些?簡述排

查步驟。01.02.THINKING《盾構(gòu)現(xiàn)場智能化管理》3.管片質(zhì)量智能檢測技術(shù)傳統(tǒng)檢測技術(shù)瓶頸依賴人工目測與接觸式測量，存在效率低、主觀性

強、數(shù)據(jù)不連續(xù)等問題。盾構(gòu)隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，承擔土壓力、水壓力及

地層變形荷載，直接關(guān)系隧道運營安全。實現(xiàn)非接觸、高精度、全流程自動化檢測，檢測效率提升300%,數(shù)據(jù)可追溯性顯著增強。管片質(zhì)量檢測的工程意義管片結(jié)構(gòu)功能定位智能檢測技術(shù)優(yōu)勢機械傳動模塊伺服電機驅(qū)動的環(huán)形導

軌掃描系統(tǒng)，定位精度

±0.05mm,掃描

速

度

0.5m/s,

適配不同規(guī)格管片

檢測需求。視覺檢測單元采用8K線陣相機+藍色LED條形光源，實現(xiàn)表面缺

陷成像；激光輪廓傳感器獲取三維點云數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理終端工業(yè)控制計算機，實現(xiàn)實時圖像拼接與三維建模。硬件系統(tǒng)組成與布局三維重建與參數(shù)計算基于ICP算法的點云配準，實現(xiàn)管片直徑、橢

圓度、螺栓孔同軸度等參數(shù)自動計算。缺陷識別深度學習模型改進的YOLOv5架構(gòu)，對裂縫、掉角等缺陷識

別速度達30ms/張。缺陷區(qū)域提取采用自適應(yīng)閾值分割與形態(tài)學濾波，消除混凝土表面紋理干擾，缺陷區(qū)域提取準確率提升至92%。核心算法模型與流程系統(tǒng)部署后缺陷檢出率100%,幾何參數(shù)超差預(yù)警準確率98%,返工率降至0.5

環(huán)/月，工期縮短15天。工程概況某地鐵3號線盾構(gòu)區(qū)間

(長度2.8km),采用直徑

6.2m

鋼筋混凝土管片，單日

最大拼裝量12環(huán)(18m)。傳統(tǒng)檢測問題暴露人工檢測漏檢率達8%(主要為細微裂縫),拼裝

后因橢圓度超標返工3環(huán)，直

接經(jīng)濟損失24萬元。地鐵隧道工程應(yīng)用實例智能檢測實施效果工藝優(yōu)化建議基于數(shù)據(jù)反饋調(diào)整混凝土養(yǎng)護溫度，氣泡缺陷發(fā)生率降低40%。數(shù)字化管理平臺集成檢測數(shù)據(jù)實時上傳BIM

系統(tǒng)，實現(xiàn)管片生產(chǎn)-運輸-拼裝全生命周期質(zhì)量追溯，符合智慧工地建設(shè)要求。檢測數(shù)據(jù)與決策支持累計存儲管片檢測數(shù)據(jù)，建立缺陷類型、發(fā)生位置的統(tǒng)計分析模型。與傳統(tǒng)檢測技術(shù)對比效率提升：單環(huán)檢測時間從30分鐘縮

短至4分鐘；成本降低：

年節(jié)省人工成本約60

萬元(按3班制計算)。未來技術(shù)改進方向研發(fā)多光譜成像技術(shù)(增加紅外通

道),實現(xiàn)混凝土內(nèi)

部缺陷(如空洞、鋼

筋間距)的無損檢測。在強光(室外檢測)或高濕度(養(yǎng)護

池環(huán)境)條件下，檢

測精度下降約5%,需

輔助環(huán)境控制措施。環(huán)境適應(yīng)性挑戰(zhàn)技術(shù)優(yōu)勢與局限性小結(jié)

SUMMA

RY01.

技術(shù)體系框架管片質(zhì)量智能檢測系統(tǒng)由硬件層(傳感器+

機械結(jié)構(gòu))、算法層(圖像處理+深度學習)、

應(yīng)用層(數(shù)據(jù)管理+決策支持)三級架構(gòu)組成。02.

關(guān)鍵技術(shù)突破實現(xiàn)表面缺陷與幾何參數(shù)的一體化檢測，解

決傳統(tǒng)方法"檢測分離、效率低下"的行業(yè)痛點。管片在運輸過程中可能產(chǎn)生新的微裂紋，如何優(yōu)化智能檢測系統(tǒng)以實現(xiàn)"生產(chǎn)-運輸-拼

裝"全鏈條質(zhì)量監(jiān)控?THINKING《盾構(gòu)現(xiàn)場智能化管理》4.智慧工地環(huán)境監(jiān)測與安全防控智慧工地體系中的定位作為智慧工地核心子系統(tǒng)，銜接施工管理與風險

管控，實現(xiàn)“監(jiān)測-預(yù)警-處置”閉環(huán)。環(huán)境與安全的協(xié)同防控目標實時監(jiān)測環(huán)境指標，同步防控施工安全風險，保

障施工合規(guī)性與人員安全。一、施工區(qū)域100%標準圍指二、裸露黃士100%未能及時清運或要存

留

的土方

必

須集

中

堆放，同時采取密目同覆重或綠化指施，定好進行來、路上場會產(chǎn)生，三、施工道路100%硬化施

工

現(xiàn)

場

內(nèi)

主

要

道路必須進行硬化處理，根據(jù)工程規(guī)模配備相應(yīng)數(shù)量的專廂保潔人最磊掃保3,保奶籍干爭玉會。施工現(xiàn)場揚塵治理六個百分任務(wù)定位與核心價值四、渣士運輸車輛100%密閉拉運防止車輛在行進過程中出理揚塵或道士強集成數(shù)據(jù)看板、超標預(yù)警、歷史趨勢分析功能，支持PC

端與移動端實時查看，預(yù)警響應(yīng)時間<30秒。包含噪聲傳感器(量程

30-130dB)、PM2.5/PM10檢測儀(精度

±5μg/m3)、溫濕度傳感器

等，實現(xiàn)多參數(shù)實時采集。采用LoRaWAN或NB-IoT低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，保障復(fù)雜工地環(huán)境下的數(shù)據(jù)穩(wěn)定

傳輸，傳輸延遲≤10秒。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)傳輸層：數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用層：平臺功能模塊感知層：前端監(jiān)測設(shè)備揚塵監(jiān)測與限值要求PM108

小時平均濃度≤0.5mg/m3,

配備自動噴淋

聯(lián)動裝置，超標時觸發(fā)霧炮

降塵，響應(yīng)時間<1分鐘。噪聲監(jiān)測標準與控制晝間施工場界噪聲限值≤70dB(A),

夜間≤55dB(A),

采用積分聲級計實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測與超標抓拍。其他環(huán)境參數(shù)監(jiān)測溫度、濕度、風速監(jiān)測，為施工組織提供氣象參考。核心監(jiān)測參數(shù)與標準數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)采用卡爾曼濾波算法剔除異常值，數(shù)

據(jù)采樣頻率1分鐘/次，

存儲周期≥3個月，滿

足環(huán)保部門追溯要求。數(shù)據(jù)報表自動生成按日/周/月生成環(huán)境監(jiān)測報告，包含

超標時段分析、整改

建議，支持PDF

格式導

出與環(huán)保平臺對接。支持折線圖、儀表盤、熱力圖展示，

關(guān)鍵指標采用紅黃綠

三色預(yù)警標識。可視化呈現(xiàn)方式監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與可視化●

主要安全風險類別涵蓋物體打擊、高處墜落、機械傷害、觸電、坍塌五大類風險，占工地事故總數(shù)的85%以上?！?/p>

風險分級標準按可能性(高/中/低)與后果嚴重度(重大/較大/一般)分為四級，一級風險需制定專項防控方案?！?/p>

動態(tài)風險評估機制每日開工前進行風險點排查，采用移動APP

記錄評估結(jié)

果，風險等級變化時自動推送至管理人員。監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與可視化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警對塔吊、施工電梯等特種設(shè)備加裝振動、傾角傳感器，

異常數(shù)據(jù)實時上傳，避免設(shè)備

帶病運行。配備AI攝像頭，實現(xiàn)安全帽佩戴檢測(識別率≥98%)、煙火識別(響應(yīng)時間<5秒)、臨邊防護闖入預(yù)警。采用UWB

定位技術(shù)，實時追蹤人員位置，識別未授

權(quán)區(qū)域進入、超時滯留等違

規(guī)行為，定位精度≤0.3米。人員定位與行為監(jiān)測

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能安全防控技術(shù)應(yīng)用同步注漿壓力監(jiān)測實時監(jiān)測注漿壓力與流量，防止壓力

過大導致管片破損或

地表隆起，數(shù)據(jù)與盾

構(gòu)機PLC

聯(lián)動。重點監(jiān)測盾構(gòu)艙內(nèi)瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度、溫度，采用本安

型傳感器。布設(shè)自動化沉降監(jiān)測點，采用全站儀

+GNSS

組合測量，數(shù)據(jù)采樣間隔1小時，沉

降

速

率

預(yù)

警閾

值

0.5mm/

天。地下施工環(huán)境參數(shù)監(jiān)測地表沉降監(jiān)測技術(shù)盾構(gòu)施工環(huán)境監(jiān)測要點采用三維姿態(tài)測量系統(tǒng)，實時顯示盾構(gòu)機軸線偏差，自動生成糾偏建議。人員應(yīng)急逃生系統(tǒng)建立洞內(nèi)應(yīng)急通訊、應(yīng)急照明、逃生通道標識系

統(tǒng)，每月開展應(yīng)急演練。案例成效對比某地鐵盾構(gòu)項目應(yīng)用智慧防控系統(tǒng)后，施工環(huán)境超標率下降62%,安全隱患整改及時率提升至95%盾構(gòu)施工安全防控實踐小結(jié)

SUMMA

RY01.

環(huán)境監(jiān)測三層架構(gòu)(感知-傳輸-應(yīng)用)、關(guān)鍵參數(shù)

(噪聲、揚塵、沉降)、數(shù)據(jù)可視化；02.

安全防控風險分級、智能監(jiān)測(定位、視頻、設(shè)備)、

應(yīng)

急

管理。思考題1:技術(shù)應(yīng)用場景分析某盾構(gòu)工地出現(xiàn)PM10濃度超標(1.2mg/m3),

結(jié)合本節(jié)課內(nèi)容，簡述應(yīng)啟動哪些應(yīng)急措施?思考題2:系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)與安全防控系統(tǒng)如何實現(xiàn)

聯(lián)動?舉例說明1-2個典型聯(lián)動場景。01.02.THINKING《盾構(gòu)現(xiàn)場智能化管理》5.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測概念通過傳感器實時采集結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，再結(jié)合

專業(yè)的分析技術(shù)，去評估結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)的一套系統(tǒng)性工程。技術(shù)定位智能檢測技術(shù)體系的核心組成部分，融合傳感、

通信、數(shù)據(jù)處理與評估決策。工程價值實現(xiàn)結(jié)構(gòu)全生命周期安全管控，降低事故風險，

延長服役壽命，節(jié)約維護成本。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的定義與意義傳感感知層包含應(yīng)變計、加速度傳感器、位移計等，負責采集結(jié)構(gòu)物理參數(shù)

原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸層通過有線或無線通信技術(shù)(如LoRa、5G)

實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的實時

或準實時傳輸。數(shù)據(jù)處理層對原始數(shù)據(jù)進行降噪、濾波、特征提取，轉(zhuǎn)化為可用于評估的有效信息。評估決策層基于損傷識別算法(如模態(tài)分析、機器學習)判斷結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，

生成預(yù)警或維護建議。系統(tǒng)基本構(gòu)成與工作原理●

應(yīng)變監(jiān)測傳感器電阻應(yīng)變片：精度高、成本低，適用于靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測；光纖光柵傳感器：抗電磁干擾，適用于長期動態(tài)監(jiān)測?！?/p>

振動監(jiān)測傳感器壓電加速度傳感器：響應(yīng)速度快，適用于高頻振動信號采集；MEMS傳感器：體積小、功耗低，便于分布式布置。●

選型核心原則依據(jù)監(jiān)測參數(shù)(應(yīng)變、振動、位移等)、環(huán)境條件(溫度、濕

度、電磁干擾)及工程精度要求綜合確定。傳感器技術(shù)分類與選型原則基于模態(tài)參數(shù)通過結(jié)構(gòu)固有頻率、振型變化判斷損傷位置與程度；基于機器學習：利用數(shù)據(jù)驅(qū)動模