装配式地下结构施工智能控制系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911013756.9 (22)申请日 2019.10.23 (71)申请人 中铁十九局集团轨道交通工程有限 公司 地址 101300 北京市顺义区林河大街16号2 幢 申请人 东南大学 (72)发明人 斯明勇李海堂张国柱王玉梅 唐国银姜国栋杜兴权 (74)专利代理机构 南京行高知识产权代理有限 公司 32404 代理人 李晓 (51)Int.Cl. G05B 19/04(2006.01) G08C 17/02(2006.01) (54)发明名称 装配式地下结构施工智能控制。

2、系统 (57)摘要 本发明提供一种装配式地下结构施工智能 控制系统， 包括压电橡胶传感器、 中继器、 网关、 综合服务器和施工设备自动操控系统， 压电橡胶 传感器由压电橡胶构件、 数据线、 控制器和无线 发射器组成， 压电橡胶构件嵌入地下结构预制件 接缝处的的橡胶密封垫中， 压电橡胶传感器与中 继器、 网关及综合服务器通讯连接， 综合服务器 与施工设备自动操控系统控制连接。 本发明可对 装配式地下结构施工做实时动态的智能调控， 提 升装配式地下结构的施工质量。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 110908299 A 2020.03.24 CN 110908299 A 1.一种装配式。

3、地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 包括压电橡胶传感器、 中继 器、 网关、 综合服务器和施工设备自动操控系统， 所述压电橡胶传感器包括压电橡胶构件、 数据线、 控制器、 能量存储器和无线发射器， 所述压电橡胶构件嵌入地下结构预制件接缝处 的橡胶密封垫中， 所述压电橡胶传感器与中继器、 网关及综合服务器通讯连接， 所述综合服 务器与施工设备自动操控系统控制连接。 2.根据权利要求1所述的装配式地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 所述压电橡 胶构件布置在装配式地下结构顶部、 底部和左右两侧的拱腰处的接缝处。 3.根据权利要求2所述的装配式地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 在隧。

4、道横断 面内各压电橡胶构件对称等间距布置， 且每个断面内的传感器测点不低于4个， 每个监测点 至少布置两个压电橡胶构件， 通过两个压电橡胶构件接触压力的比较， 评判该测点的张开、 压缩及错动情况。 4.根据权利要求3所述的装配式地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 所述压电橡 胶构件布设于橡胶密封垫的同一侧， 压电橡胶构件靠近橡胶密封垫左右两边缘布置， 且距 外边缘的距离不超过密封垫宽度的1/3。 5.根据权利要求3所述的装配式地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 所述压电橡 胶构件布设于橡胶密封垫的两侧， 两侧的压电橡胶构件靠近橡胶密封垫边缘错位布置， 且 距外边缘的距离不超过密封垫。

5、宽度的1/3。 6.根据权利要求1所述的装配式地下结构施工智能控制系统， 其特征在于： 所述综合服 务器包括无线数据采集系统、 数据存储系统、 智能评估系统和智能控制系统， 所述无线数据 采集系统通过无线网络接收由无线压电传感器实时监测的橡胶密封垫接触压力， 并对监测 数据进行预处理， 预处理后的监测数据存储在数据存储系统中， 智能评估系统调取数据存 储系统中的接触压力监测数据， 利用智能评估方法对管片拼装质量进行实时评估， 智能控 制系统依据评估结果， 智能控制施工设备自动操控系统， 施工设备自动操控系统调控影响 装配式管片或管节拼装质量的各施工参数。 7.一种装配式地下结构施工智能控制系统。

6、的智能评估方法， 其特征在于： 包括拼装施 工质量判别方法和施工参数智能优化方法。 8.根据权利要求7所述的装配式地下结构施工智能控制系统的智能评估方法， 其特征 在于： 所述拼装施工质量判别方法是将压电橡胶传感器监测的橡胶密封垫接触压力实测值 与接触压力设计值进行比较， 当实测值位于接触压力允许最小值和最大值之间时， 无需调 整施工参数， 当实测值小于允许最小值或大于允许最大值时， 需要调整施工参数。 9.根据权利要求7所述的装配式地下结构施工智能控制系统的智能评估方法， 其特征 在于： 所述施工参数智能优化方法是利用模糊神经网络等高级智能算法优化施工参数， 收 集工程数据信息， 以上述工程。

7、数据信息为学习样本， 建立工程地质、 水文地质、 工程条件和 施工参数与橡胶密封垫接触压力之间的非线性智能预测模型， 智能预测模型中的结构和参 数设置随施工进程实时调整， 为反馈式动态智能预测模型， 通过非线性智能预测模型优化 施工参数。 10.根据权利要求9所述的装配式地下结构施工智能控制系统的智能评估方法， 其特征 在于： 所述工程数据信息包括已竣工类似工程和本工程已施作区间的工程地质、 水文地质、 工程条件、 施工参数、 接缝或接头的位移和接触压力监测值。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110908299 A 2 装配式地下结构施工智能控制系统 技术领域 0001 本发明涉及一种装配。

8、式地下结构施工智能控制系统， 应用于沉管隧道、 盾构隧道、 顶管隧道和地下综合管廊等预制拼装式地下结构施工的智能调控。 背景技术 0002 随着城市地下空间开发的迅猛发展， 地下构筑物布设呈现密集化的态势。 为避让 既有地下构筑物和地基基础， 减小对既有地下结构的扰动和破坏， 确保既有地下结构安全， 在隧道线路规划中， 曲线隧道日益增加， 且曲线隧道半径也越来越小。 而小半径曲线隧道对 装配式地下结构的施工质量要求非常高， 施工质量不佳会诱发如下工程问题：（1） 装配式地 下结构渗漏水， 地下结构长期赋存于地下水环境中， 为了满足防水要求， 装配式地下结构接 头部位设置了橡胶密封垫止水结构， 。

9、通过橡胶密封垫止水结构压缩挤密来抵抗水压力， 而 橡胶密封垫的压缩挤密状态与装配式地下结构的施工质量密切相关， 施工质量不佳会导致 装配式地下结构连接部位出现张开和错动， 从而诱发渗漏水；（2） 装配式地下结构破损， 曲 线型地下结构拼装质量不佳会导致相邻管片 （节） 之间发生碰撞和挤压， 严重情况下会导致 预制管片 （节） 的端部破损， 对地下结构安全产生不利影响；（3） 盾构机盾尾与管片发生卡 壳， 盾构机的盾壳与管片之间仅有几厘米的间隙， 如果曲线隧道拼装质量不佳， 会导致盾构 隧道盾尾被新拼装的管片环卡主， 盾构机无法向前掘进。 目前， 通过人工观测的方法， 测量 装配式地下结构连接处。

10、的张开量和错动量， 根据相邻管片 （节） 之间的位移量， 评价装配式 地下结构的拼装质量， 间接评估接缝处的橡胶密封垫的止水性能。 然而人工监测精度有限， 且效率不高， 无法进行实时评价和预警， 对管片施工质量的实时动态反馈效果较差。 为了提 升装配式地下结构的施工质量， 开发实时动态的装配式地下结构施工智能调控系统就成为 亟待解决的技术问题。 发明内容 0003 发明目的： 为了克服现有技术中存在的不足， 本发明设计一种对装配式地下结构 施工做实时动态的智能调控的控制系统， 以提升装配式地下结构的施工质量。 0004 技术方案： 为解决上述技术问题， 本发明提供的装配式地下结构施工智能控制系。

11、 统， 包括压电橡胶传感器、 中继器、 网关、 综合服务器和施工设备自动操控系统， 所述压电橡 胶传感器包括压电橡胶构件、 数据线、 控制器和无线发射器， 所述压电橡胶构件嵌入地下结 构预制件接缝处的橡胶密封垫中， 所述压电橡胶传感器与中继器、 网关及综合服务器通讯 连接， 所述综合服务器与施工设备自动操控系统控制连接。 0005 具体地， 所述压电橡胶传感器布置于装配式地下结构顶部、 底部和左、 右两侧的拱 腰 （边墙） 处， 在隧道横断面内各传感器对称等间距布置， 且每个断面内的传感器测点不低 于4个。 每个测点处至少布设两个压电橡胶构件， 压电橡胶构件即可布设于橡胶密封垫的同 一侧， 也。

12、可以布设于橡胶密封垫的两侧， 当同侧布置时， 压电橡胶构件靠近橡胶密封垫左右 两边缘布置， 且距外边缘的距离不宜超过密封垫宽度的1/3； 当两侧布置时， 两侧的压电橡 说明书 1/4 页 3 CN 110908299 A 3 胶构件靠近橡胶密封垫边缘布置， 且距外边缘的距离不宜超过密封垫宽度的1/3， 且两侧的 压电橡胶构件要错位布置。 0006 具体地， 所述综合服务器包括无线数据采集系统、 数据存储系统、 智能评估系统和 智能控制系统组成， 无线数据采集系统通过无线网络接收由无线压电传感器实时监测的橡 胶密封垫接触压力， 并对监测数据进行预处理， 预处理后的监测数据存储在数据存储系统 中，。

13、 智能评估系统调取数据存储系统中的接触压力监测数据， 利用智能评估方法对管片拼 装质量进行实时评估， 智能控制系统依据评估结果， 智能控制施工设备自动操控系统， 施工 设备自动操控系统调控影响装配式管片 （节） 拼装质量的各施工参数； 本发明同时提供上述系统的智能评估方法， 包括装配式地下结构的拼装施工质量判别 方法和装配式地下结构施工参数智能优化方法。 0007 拼装施工质量判别方法是将压电橡胶传感器监测的接触压力实测值与接触压力 设计值进行比较， 当实测值位于接触压力允许最小值和最大值之间时， 无需调整施工参数， 当实测值小于允许最小值或大于允许最大值时， 需要调整施工参数。 0008 装。

14、配式地下结构施工参数智能优化方法是利用模糊神经网络等高级智能算法优 化施工参数， 收集已竣工类似工程和本工程已施作区间的工程地质、 水文地质、 工程条件、 施工参数、 接缝 （头） 的位移和橡胶密封垫接触压力监测值等工程数据信息， 以上述工程数 据信息为学习样本， 建立工程地质、 水文地质、 工程条件和施工参数与橡胶密封垫接触压力 之间的非线性智能预测模型， 智能预测模型中的结构和参数设置随施工进程实时调整， 为 反馈式动态智能预测模型， 通过非线性智能预测模型优化施工参数。 0009 发明原理： 装配式地下结构施工控制系统由压电橡胶传感器、 中继器、 网关、 综合 服务器和施工设备自动操控系。

15、统等组成。 系统工作时， 通过压电橡胶传感器采集地下结构 连接处接触压力信息， 经由中继器、 网关传递于综合服务器， 综合服务器对信息进行处理评 估后， 信息反馈至施工设备自动操控系统， 施工设备自动操控系统智能调控影响地下结构 拼装质量的施工参数， 直至地下结构拼装质量满足设计要求。 监测面至少布置顶部、 底部和 左、 右两侧的拱腰四个监测点， 四个监测点数据综合反应监测面的实时姿态。 每个监测点至 少布置两个压电橡胶构件， 通过两个压电橡胶构件接触压力的比较， 评判该测点的张开、 压 缩及错动情况。 0010 有益效果： 装配式地下结构施工智能控制系统可直接监测地下结构接缝 （头） 处橡 。

16、胶密封垫的接触压力， 比接缝 （头） 位移间接监测方法更精确； 实现自动化实时监测， 解决了 常规监测中反馈时效长， 效率低， 缺乏实时性的问题， 实现隧道施工质量实时评价与预警； 利用智能算法对施工参数进行优化， 实现了装配式地下结构施工参数智能调控。 0011 除以上所述的本发明解决的技术问题、 构成技术方案的技术特征以及由这些技术 方案的技术特征所带来的优点外。 为使本发明目的、 技术方案和有益效果更加清楚， 下面将 结合本发明实施例中的附图， 对本发明所能解决的其他技术问题、 技术方案中包含的其他 技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、 完整的描述。 附图说明 0012 图1为。

17、本发明实施例中智能控制系统的构成图； 图2为压电传感器监测点位置图； 说明书 2/4 页 4 CN 110908299 A 4 图3为压电橡胶构件布设图 （同侧布置） ； 图4为压电橡胶构件布设图 （错位布置） ； 图中： 1为橡胶密封垫； 2为能量存储器； 3为数据线； 4为控制器； 5为无线发射器； 6为中 继器； 7为网关； 8为无线数据采集系统； 9为数据存储系统； 10为智能评估系统； 11为综合服 务器； 12为施工设备自动操控系统； 13为地下结构预制件； 14为地下结构接缝； 15为引线孔； 16为盾构机； 17为顶部监测点 （T点） ； 18为左侧拱腰监测点 （L点） ； 1。

18、9为右侧拱腰监测点 （R 点） ； 20为底部监测点 （B点） ； 21为压电橡胶构件。 具体实施方式 0013 实施例： 使用时， 实施例的的装配式地下结构施工智能控制系统如图1所示， 在地下结构预制件 13的地下结构接缝14内布置橡胶密封垫1， 橡胶密封垫1内设压电橡胶构件21， 压电橡胶传 感器由压电橡胶构件21、 数据线3、 控制器4和无线发射器5组成， 压电橡胶传感器与中继器 6、 网关7、 综合服务器11和施工设备自动操控系统12等组成装配式地下结构施工控制系统。 0014 系统工作时， 通过压电橡胶传感器采集地下结构连接处接触压力信息， 经由中继 器6、 网关7传递于综合服务器1。

19、1， 综合服务器11对信息进行处理评估后， 信息反馈至施工设 备自动操控系统12， 施工设备自动操控系统12通过操作盾构机16智能调控影响地下结构拼 装质量的施工参数， 直至地下结构拼装质量满足设计要求。 如图2所示， 监测面至少布置顶 部监测点 （T点） 17、 左侧拱腰监测点 （L点） 18、 右侧拱腰监测点 （R点） 19和底部监测点 （B点） 20这四个监测点， 四个监测点数据综合反应监测面的实时姿态。 0015 如图3所示和图4所示， 压电橡胶传感器的压电橡胶构件21嵌入至橡胶密封垫1内， 与橡胶密封垫1形成一体化结构， 并布置引线孔15， 每个监测点至少布置两个压电橡胶构件 21，。

20、 通过两者接触压力的比较， 评判该测点的张开、 压缩及错动情况。 两者可采用如图3的同 侧布置形式， 或者如图4的错位布置形式。 0016 该系统的布置方法如下： （1） 在地下结构橡胶密封垫安装之前， 在橡胶密封垫内布设压电橡胶构件， 每个监测点 等间距布设两个压电橡胶构件， 压电橡胶传感器布置于装配式地下结构顶部、 底部和左、 右 两侧的拱腰 （边墙） 处， 在隧道横断面内各传感器对称等间距布置， 且每个断面内的传感器 测点不低于4个； （2） 在地下结构体内逐步安装网关和中继器， 进行无线传输组网， 与综合服务器进行无 线连接； （3） 综合服务器对接触压力监测数据处理评估后， 信息反馈。

21、至施工设备自动操控系统， 施工设备自动操控系统智能调控影响地下结构拼装质量的施工参数， 直至地下结构拼装质 量满足设计要求。 0017 可见， 本实施例的装配式地下结构施工智能控制系统可直接监测地下结构接缝 （头） 处橡胶密封垫的接触压力， 比接缝 （头） 位移间接监测方法更精确； 实现自动化实时监 测， 解决了常规监测中反馈时效长， 效率低， 缺乏实时性的问题， 实现隧道施工质量实时评 价与预警； 利用智能算法对施工参数进行优化， 实现了装配式地下结构施工参数智能调控。 0018 本发明为对装配式地下结构施工提供了一种实时动态的智能调控方法， 具体实现 说明书 3/4 页 5 CN 1109。

22、08299 A 5 该技术方案的方法和途径很多， 以上仅是以示例的方式提供的优选实施方式。 本领域技术 人员可以在不偏离本发明的情况下想到许多更改、 改变和替代。 应当理解， 在实践本发明的 过程中可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。 所附权利要求旨在限定 本发明的范围， 并因此覆盖这些权利要求及其等效项的范围内的方法和结构。 本实施例中 未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。 说明书 4/4 页 6 CN 110908299 A 6 图 1 图 2 说明书附图 1/2 页 7 CN 110908299 A 7 图 3 图 4 说明书附图 2/2 页 8 CN 110908299 A 8 。