《盾构现场智能化管理》课件-项目2 智能监测与检测技术

《盾构现场智能化管理》1.地质超前预报技术目

录

CONTENTS01.

概述03.

参数设置与数据采集02.

系统组成与硬件连接04.

数据导出与收尾工作概述欢迎来到《地质超前预报技术》实训课堂，本次将学习

SIR4000地面透视雷达系统的操

作与使用，包括原理、组成、连接调试、数据采集及导出等内容。实训课堂导入SIR4000地面透视雷达系统的核心原理是通过发射天线向地下发射高频电磁波，当电磁波传播至不同介质的分界面时，会因介质

电磁特性差异产生反射。接收天线捕捉反射回地面的信号后，系统

将其转化为电信号，经放大、滤波等处理生成时间—振幅剖面图。

在地质超前预报中，通过分析反射信号的传播时间、振幅强度等特

征，可反演隧道、边坡前方地下介质分布，精准识别不良地质体，

为工程施工安全提供关键数据支撑。仪器原理讲解系统组成与硬件连接PowerStatusLED电雳状态指示灯Directical

Eeyad

定向键盘BackBattom返回缝—Stut

5toa开始施Sto

Bsttm停止憧MarkrIsputBattcm

标记链Seftare

CentrelButf

较件控制按键主机端口配置硬件从左到右有13针数字天线、19针模拟天线、外接电源等端

口，右侧设迷你USB

和网口，左侧电池槽有活动卡片锁扣与内置弹

簧，控制部分含功能键和控制旋钮。系统硬件组成PewerBat

tam电源

开关CaatrolKnb控制旋钮连接前确认部件无损坏、电量充足，先关主机或拔电池，将电缆母口连天线，19针公口接入主机模拟端口，对齐卡槽旋紧，

听到“叮”声即到位，最后扣紧金属锁固定。模拟天线连接设备连接步骤参数设置与数据采集安装电池或接电源后按下电源开关，指示灯红闪转常亮即启动完成，进入主界面选择2D/3D数据采集模式，进入专家模式选择对应天线，新建项目并进入参数设置界面。开机与参数配置开机与模式选择雷达参数中，隧道检测(400MHz

天线)选时间模式，采样点数512或1024,扫描速度40~80,记录长度35~50ns;超前预

报(100MHz

天线)选点测模式，记录长度600ns。处理参数建

议关闭背景去除和信号底限跟踪，增益可选自动或手动。参数设置要点关键参数设置采集控制方法短按开始键启动采集，长按可在停止后

立即开启下一个或提示保存；短按停止键结束

采集，长按则停止并返回参数设置界面；采集

时按标记键可记录红色长标记，也可通过天线

打标器实现。数据采集操作PA

RT

04数据导出与收尾工作返回主界面插入专用U盘，点击回放功能，选择数据存储路径后选中需导出数据，点击“复制到USB”

,完成后直接拔出U

盘即可。数据导出流程数据导出步骤长按电源键4秒直至屏幕熄灭，若出错可延长至10秒，关机后拆卸天线，拔出电池，将天线、电池

与主机收纳整齐装箱。收尾操作规范设备关机与收纳本次实训学习了SIR4000系统的原理、组成、硬件连接、参数设置、数据采集与导

出及收尾工作，掌握这些操作可为地质超前

预报工程施工安全提供关键数据支撑。小结

SUMMA

R

Y实训回顾《盾构现场智能化管理》2.盾构姿态自动检测传统检测技术局限人工测量依赖经验，误差率高达±30mm,

难以满足高精度施工要求。检测间隔长，无法实时反映姿态变化，易引发轴线

偏差。自动检测技术优势采用多传感器融合技术，实时采样频率达10Hz,检测精度提升至±5mm。数据自动上传至管理平台，支持远程监控与历史趋势分析。盾构姿态检测技术现状检测精度：平面位置偏差≤±5mm,高程偏差≤±8mm,角度测量精度

≤±0.01°。响应时间：从数据采集到结果输出≤1秒，满足实时控制需求。开发基于多传感器融合的盾构姿态实时检测系统，实现三维姿态

参数的动态监测。核心任务定义关键技术指标任务目标与技术指标硬件系统架构传感器选型与布局采用高精度惯导单元+激光靶定位系统，安装于盾构机前盾与中盾连接部。辅助配置倾角传感器和行程传感器，实现冗余检测。数据采集与传输通过工业以太网实现传感器数据汇聚，传输速率100Mbps,延迟≤20ms。配置边缘计算网关，支持本地数据缓存与异常报警功能。数据可视化平台●开发三维姿态模拟界面，实时显示盾构机轴线偏差、趋势预测曲线及历史数据查询功能。支持与盾构机PLC系统联动，当偏差超阈值时自动触发预警。姿态解算算法●可以通过实时监控施工现场的进展情况，与预设的进度计划进行对比，及时发现延误和问题，并采取相应措施进行调整。软件算法与数据处理传统与自动检测效果对比传统检测：累计轴线偏差达120mm,

需3次人工纠偏，工期延误2天。自动检测：最终轴线偏差控制在35mm

内，纠偏

次数减少60%,施工效率提升15%。工程概况某地铁区间隧道工程，盾构直径6.28m,

全长1200m,穿越富水砂层与岩层交界面。地铁隧道施工案例应用设计定期标定机制，结合温度补偿模型，确保系统漂移量≤0.5mm/

天。针对岩层突变导致的传感器振动干扰，采用自适应滤波算法，滤波效果提升40%。技术难点与解决方案复杂地质条件适应性长期稳定性保障盾构姿态自动检测系统由传感器层、数据处理层和应用层构成，关键在于多源数据

融合算法。实时性与精度是核心指标，需通过硬件选型优化与算法迭代持续提升。小结

SUMMA

R

Y技术核心要点思考题1盾构姿态自动检测系统中，多传感器融合技术主要解决什么问题?请列举2种

核心传感器类型。思考题2某工程中盾构机出现俯仰角异常波动，

可能的传感器故障原因有哪些?简述排

查步骤。01.02.THINKING《盾构现场智能化管理》3.管片质量智能检测技术传统检测技术瓶颈依赖人工目测与接触式测量，存在效率低、主观性

强、数据不连续等问题。盾构隧道的永久衬砌结构，承担土压力、水压力及

地层变形荷载，直接关系隧道运营安全。实现非接触、高精度、全流程自动化检测，检测效率提升300%,数据可追溯性显著增强。管片质量检测的工程意义管片结构功能定位智能检测技术优势机械传动模块伺服电机驱动的环形导

轨扫描系统，定位精度

±0.05mm,扫描

速

度

0.5m/s,

适配不同规格管片

检测需求。视觉检测单元采用8K线阵相机+蓝色LED条形光源，实现表面缺

陷成像；激光轮廓传感器获取三维点云数据。数据处理终端工业控制计算机，实现实时图像拼接与三维建模。硬件系统组成与布局三维重建与参数计算基于ICP算法的点云配准，实现管片直径、椭

圆度、螺栓孔同轴度等参数自动计算。缺陷识别深度学习模型改进的YOLOv5架构，对裂缝、掉角等缺陷识

别速度达30ms/张。缺陷区域提取采用自适应阈值分割与形态学滤波，消除混凝土表面纹理干扰，缺陷区域提取准确率提升至92%。核心算法模型与流程系统部署后缺陷检出率100%,几何参数超差预警准确率98%,返工率降至0.5

环/月，工期缩短15天。工程概况某地铁3号线盾构区间

(长度2.8km),采用直径

6.2m

钢筋混凝土管片，单日

最大拼装量12环(18m)。传统检测问题暴露人工检测漏检率达8%(主要为细微裂缝),拼装

后因椭圆度超标返工3环，直

接经济损失24万元。地铁隧道工程应用实例智能检测实施效果工艺优化建议基于数据反馈调整混凝土养护温度，气泡缺陷发生率降低40%。数字化管理平台集成检测数据实时上传BIM

系统，实现管片生产-运输-拼装全生命周期质量追溯，符合智慧工地建设要求。检测数据与决策支持累计存储管片检测数据，建立缺陷类型、发生位置的统计分析模型。与传统检测技术对比效率提升：单环检测时间从30分钟缩

短至4分钟；成本降低：

年节省人工成本约60

万元(按3班制计算)。未来技术改进方向研发多光谱成像技术(增加红外通

道),实现混凝土内

部缺陷(如空洞、钢

筋间距)的无损检测。在强光(室外检测)或高湿度(养护

池环境)条件下，检

测精度下降约5%,需

辅助环境控制措施。环境适应性挑战技术优势与局限性小结

SUMMA

RY01.

技术体系框架管片质量智能检测系统由硬件层(传感器+

机械结构)、算法层(图像处理+深度学习)、

应用层(数据管理+决策支持)三级架构组成。02.

关键技术突破实现表面缺陷与几何参数的一体化检测，解

决传统方法"检测分离、效率低下"的行业痛点。管片在运输过程中可能产生新的微裂纹，如何优化智能检测系统以实现"生产-运输-拼

装"全链条质量监控?THINKING《盾构现场智能化管理》4.智慧工地环境监测与安全防控智慧工地体系中的定位作为智慧工地核心子系统，衔接施工管理与风险

管控，实现“监测-预警-处置”闭环。环境与安全的协同防控目标实时监测环境指标，同步防控施工安全风险，保

障施工合规性与人员安全。一、施工区域100%标准围指二、裸露黄士100%未能及时清运或要存

留

的土方

必

须集

中

堆放，同时采取密目同覆重或绿化指施，定好进行来、路上场会产生，三、施工道路100%硬化施

工

现

场

内

主

要

道路必须进行硬化处理，根据工程规模配备相应数量的专厢保洁人最磊扫保3,保奶籍干争玉会。施工现场扬尘治理六个百分任务定位与核心价值四、渣士运输车辆100%密闭拉运防止车辆在行进过程中出理扬尘或道士强集成数据看板、超标预警、历史趋势分析功能，支持PC

端与移动端实时查看，预警响应时间<30秒。包含噪声传感器(量程

30-130dB)、PM2.5/PM10检测仪(精度

±5μg/m³)、温湿度传感器

等，实现多参数实时采集。采用LoRaWAN或NB-IoT低功耗广域网技术，保障复杂工地环境下的数据稳定

传输，传输延迟≤10秒。环境监测系统架构传输层：数据通信技术应用层：平台功能模块感知层：前端监测设备扬尘监测与限值要求PM108

小时平均浓度≤0.5mg/m³,

配备自动喷淋

联动装置，超标时触发雾炮

降尘，响应时间<1分钟。噪声监测标准与控制昼间施工场界噪声限值≤70dB(A),

夜间≤55dB(A),

采用积分声级计实现连续监测与超标抓拍。其他环境参数监测温度、湿度、风速监测，为施工组织提供气象参考。核心监测参数与标准数据预处理技术采用卡尔曼滤波算法剔除异常值，数

据采样频率1分钟/次，

存储周期≥3个月，满

足环保部门追溯要求。数据报表自动生成按日/周/月生成环境监测报告，包含

超标时段分析、整改

建议，支持PDF

格式导

出与环保平台对接。支持折线图、仪表盘、热力图展示，

关键指标采用红黄绿

三色预警标识。可视化呈现方式监测数据处理与可视化●

主要安全风险类别涵盖物体打击、高处坠落、机械伤害、触电、坍塌五大类风险，占工地事故总数的85%以上。●

风险分级标准按可能性(高/中/低)与后果严重度(重大/较大/一般)分为四级，一级风险需制定专项防控方案。●

动态风险评估机制每日开工前进行风险点排查，采用移动APP

记录评估结

果，风险等级变化时自动推送至管理人员。监测数据处理与可视化设备状态监测与预警对塔吊、施工电梯等特种设备加装振动、倾角传感器，

异常数据实时上传，避免设备

带病运行。配备AI摄像头，实现安全帽佩戴检测(识别率≥98%)、烟火识别(响应时间<5秒)、临边防护闯入预警。采用UWB

定位技术，实时追踪人员位置，识别未授

权区域进入、超时滞留等违

规行为，定位精度≤0.3米。人员定位与行为监测

智能视频监控系统智能安全防控技术应用同步注浆压力监测实时监测注浆压力与流量，防止压力

过大导致管片破损或

地表隆起，数据与盾

构机PLC

联动。重点监测盾构舱内瓦斯浓度、粉尘浓度、温度，采用本安

型传感器。布设自动化沉降监测点，采用全站仪

+GNSS

组合测量，数据采样间隔1小时，沉

降

速

率

预

警阈

值

0.5mm/

天。地下施工环境参数监测地表沉降监测技术盾构施工环境监测要点采用三维姿态测量系统，实时显示盾构机轴线偏差，自动生成纠偏建议。人员应急逃生系统建立洞内应急通讯、应急照明、逃生通道标识系

统，每月开展应急演练。案例成效对比某地铁盾构项目应用智慧防控系统后，施工环境超标率下降62%,安全隐患整改及时率提升至95%盾构施工安全防控实践小结

SUMMA

RY01.

环境监测三层架构(感知-传输-应用)、关键参数

(噪声、扬尘、沉降)、数据可视化；02.

安全防控风险分级、智能监测(定位、视频、设备)、

应

急

管理。思考题1:技术应用场景分析某盾构工地出现PM10浓度超标(1.2mg/m³),

结合本节课内容，简述应启动哪些应急措施?思考题2:系统协同设计环境监测数据与安全防控系统如何实现

联动?举例说明1-2个典型联动场景。01.02.THINKING《盾构现场智能化管理》5.结构健康监测系统结构健康监测概念通过传感器实时采集结构的响应数据，再结合

专业的分析技术，去评估结构损伤状态的一套系统性工程。技术定位智能检测技术体系的核心组成部分，融合传感、

通信、数据处理与评估决策。工程价值实现结构全生命周期安全管控，降低事故风险，

延长服役寿命，节约维护成本。结构健康监测的定义与意义传感感知层包含应变计、加速度传感器、位移计等，负责采集结构物理参数

原始数据。数据传输层通过有线或无线通信技术(如LoRa、5G)

实现传感器数据的实时

或准实时传输。数据处理层对原始数据进行降噪、滤波、特征提取，转化为可用于评估的有效信息。评估决策层基于损伤识别算法(如模态分析、机器学习)判断结构健康状态，

生成预警或维护建议。系统基本构成与工作原理●

应变监测传感器电阻应变片：精度高、成本低，适用于静态应变监测；光纤光栅传感器：抗电磁干扰，适用于长期动态监测。●

振动监测传感器压电加速度传感器：响应速度快，适用于高频振动信号采集；MEMS传感器：体积小、功耗低，便于分布式布置。●

选型核心原则依据监测参数(应变、振动、位移等)、环境条件(温度、湿

度、电磁干扰)及工程精度要求综合确定。传感器技术分类与选型原则基于模态参数通过结构固有频率、振型变化判断损伤位置与程度；基于机器学习：利用数据驱动模