一种信息化的施工物料运输智能监测与管理系统及方法

技术领域

本发明属于隧道TBM施工领域，特别是涉及一种信息化的施工物料运输智能监测与管理系统及方法。

背景技术

隧道工程施工过程中,需要及时将各类施工物料运至施工作业面,才能使洞内防护措施及时跟进,以保证施工进度有序进行。TBM法隧道施工过程中，开挖完成后需及时对掌子面附近围岩进行初期支护。在实践中，工程师们根据经验进行喷混凝土的配合比设计，由人工进行混合料中水、砂、骨料、水泥等各种材料的量取和运输，由于人工误差和运输过程的损耗，无法保证每次的混合料配比的实际质量，且无法得到准确的混合料配比的记录，影响后续混合料配比的调整。此外，施工物料的量取和运输需要依靠大量人力，运输效率低，消耗资源多、周转慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种信息化的施工物料运输智能监测与管理系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

一方面为实现上述目的，本发明提供了一种信息化的施工物料运输智能监测与管理系统，包括远程控制端与物料运输装置；

所述远程控制端包括显示触屏和主机，所述显示触屏包括输入单元、输出单元，所述主机包括配比计算单元、信号接收模块；

所述物料运输装置底部有滚轮，包括运输主机、物料储存模块与升降机构；所述物料运输装置由所述远程控制端远程操控。

可选地，所述输入单元用于输入已知信息，所述配比计算单元通过调用预设的配比计算程序计算所需物料的质量。

可选地，所述输出单元为交互式，用于用户对不同物料的质量进行调节，还用于将预警指令发送至所述物料运输装置。

可选地，所述运输主机包括预警系统、智能驾驶系统和无线传输系统，所述智能驾驶系统用于实现所述物料运输装置在钢轨的自动驾驶和刹车；所述无线传输系统用于实现所述物料运输装置和所述远程控制端信号的接收与发射；所述预警系统包括警报器，用于发出警报。

可选地，所述物料储存模块包括若干个物料仓以及骨料皮带输送机和骨料搅拌齿轮；

所述物料仓用于存储物料所述骨料皮带输送机用于传输所述物料仓中出仓的物料至所述骨料搅拌齿轮，所述骨料搅拌齿轮用于完成物料中骨料的搅拌。

可选地，所述升降机构连接物料板，所述物料板上方与若干物料仓固定，所述升降机构用于实现所述物料仓的高度变化；

所述物料板上方包括若干个出料孔，所述物料孔通过调节大小控制出料速度，所述物料板底部包括质量传感器，所述质量传感器用于实时监测每一个所述物料仓中的物料质量。

另一方面为实现上述目的，本发明提供了一种信息化的施工物料运输智能监测与管理方法，包括以下步骤：

获取并输入已知信息；

基于所述已知信息获取施工所需的物料质量；

将所述物料质量进行显示，根据实际情况增减物料中对应混合料的质量，确认后获取并发送预警指令。

可选地，所述已知信息包括配合比、衬砌长度、隧道内径、混凝土厚度，获取并输入已知信息的过程包括：

根据施工区域围岩所受荷载及围岩级别以及工程经验确定喷混凝土的配合比，输入配合比、衬砌长度、隧道内径、混凝土厚度信息。

可选地，基于所述已知信息获取施工所需的物料质量的过程包括：

基于所述已知信息与圆柱体体积计算公式计算混凝土体积；

基于喷混凝土的配合比与所述混凝土体积计算各混合料质量。

可选地，获取并发送预警指令的过程包括：

设置物料质量范围为输出质量的5％～115％，当所述物料质量超出范围时触发报警指令，提醒用户物料已装满或者物料不足。

本发明的技术效果为：

1.本发明通过在远程控制端输入混凝土厚度、配合比、隧洞内径信息，程序可自动计算所需各种物料的质量，并且将当前质量在储存模块备份，方便后续根据初次支护的效果对配合比进行调整；

2.系统物料运输装置的物料板上有压电传感器，可以实时将信号通过无线传输系统输出至远程控制端，实时监测物料质量，且当物料质量达到预警程序所设最大值时，警报器发出警报提示物料已满，从而停止添加物料，实现了物料加入过程的智能化监测。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中的智能监测与管理系统结构图；

图2为本发明实施例中的智能监测与管理系统工作原理图；

图3为本发明实施例中的物料收集示意图；

图4为本发明实施例中的物料运输示意图；

附图标记：1-物料集装车，2-物料运输装置，3-骨料皮带输送机，4-运输主机，5-物料仓，6-升降机构，7-骨料搅拌齿轮，8-骨料，9-隔板，10-压力传感器，11-出料孔，12-人工操作台，13-混凝土泵，14-钢轨，15-隧道围岩，17-物料板，18-滚轮，19-物料储存模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

如图1所示，本实施例中提供一种信息化的TBM施工物料运输智能监测与管理系统,包括远程控制端和物料运输装置。

所述远程控制端包括显示触屏和主机，所述显示触屏包括输入单元、输出单元，所述主机含有配比计算单元、信号接收模块，信号接收模块有多个数据转换电路板，可实现不同数据之间的信号转换，通过信号路径转换电路板与显示屏连接。

进一步的，将已知信息通过数据输入单元，可以控制主机数据存储模块的读写，同时调用预设的配比计算程序，计算并通过输出单元输出所需物料的质量。

进一步的，所述输出单元为交互式，用户可根据经验对不同物料的质量进行调节，经系统确认后将预警指令通过无线传输系统发送至物料运输装置。

所述物料运输装置由远程控制端远程操控，物料运输装置底部有滚轮，包括前侧的运输主机、升降机构和物料储存模块。

所述运输主机含有预警系统、智能驾驶系统和无线传输系统，所述智能驾驶系统可以实现装置在钢轨的自动驾驶和刹车。所述无线传输系统可以实现物料运输装置和远程控制端信号的接收和发射。所述预警系统为警报器，可以发出警报。

所述升降机构上连接物料板，物料板上方与若干物料仓固定，通过升降机构移动实现物料仓的高度变化。物料板上有若干出料孔，所述物料孔可以调节大小进而控制出料速度，底部有质量传感器，可以实时监测每一个物料仓中的物料质量。

物料储存模块包括存储物料的若干物料仓、骨料皮带输送机和骨料搅拌齿轮，当物料从出料孔出仓后进入骨料皮带输送机，传送至骨料搅拌齿轮完成骨料的搅拌。

实施例二

如图2所示，本实施例中提供一种信息化的TBM施工物料运输智能监测与管理方法，具体包括以下步骤：

根据施工区域围岩所受荷载及围岩级别，根据工程经验确定喷混凝土的配合比(C:S:G:W)，将配合比、衬砌长度(l)、隧道内径(D)、混凝土厚度(h)等已知信息输入，系统输入单元接收信息；

进一步的，配比计算单元可根据预设程序计算得到施工所需的水、水泥、砂、石等物料的质量。所述预设程序包括信息存储模块、计算模块一、计算模块二。

所述计算模块一，根据圆柱体体积计算公式计算混凝土的体积：v＝lπDh。

所述计算模块二，根据喷混凝土的配合比(C:S:G:W)，并通过下式子计算得到各混合料质量：

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进一步的，输出单元将计算结果输出至显示触控屏，用户可根据实际情况增减某一混合料的质量，经确认后系统向质量监测单元发送预警指令。

进一步的，所述预警系统包括预警指令和警报器，设置存储柜中物料质量范围为输出质量的5％～115％，存储柜中物料质量超出此范围时触发报警指令，提醒用户物料已装满或者物料不足。

实施例三

如图3-4所示，本实施例中提供一种信息化的TBM施工物料运输智能监测与管理系统的工作原理实例，实现物料调配和运输过程中的自动化，节省人工调配物料需要的时间，从而提高TBM隧道施工过程中物料的运输效率和安全性。

根据施工区域围岩所受荷载及围岩级别，根据工程经验确定喷混凝土的配合比(C:S:G:W)，将配合比、衬砌长度(l)、隧道内径(D)、混凝土厚度(h)等已知信息输入，系统输入单元接收信息；

进一步的，配比计算单元中有预设程序，所述预设程序包括信息存储模块、计算模块一、计算模块二，计算得到施工所需的水、水泥、砂、石等物料的质量。并将信息通过无线传输系统发送至物料运输装置2。

物料运输装置2含有若干物料仓5，每个物料仓5底部安装有压电传感器10，可以感知本模块所装物料的质量。每个物料仓5底部还安装有出料孔11，所述物料孔可以调节大小进而控制出料速度。

物料由物料集装车1装运至物料运输装置2时，升降机构6根据装料需求调整，使得物料仓5至指定高度，运输车通过隔板将物料倒入对应的物料仓5。出料孔11为关闭状态，压电传感器10实时将信号通过无线传输系统输出至远程控制端，物料质量在远程控制端显示触屏中显示。当物料质量达到预警程序所设最大值时，即输出质量的115％，程序触发预警指令，通过无线传输系统传输至运输主机4的预警单元，警报器发出警报提示物料已满,从而停止添加物料，实现了物料加入过程的智能化监测。

物料运输装置2底部有滚轮18，智能驾驶系统控制装置沿在钢轨14的自动驾驶和刹车。

当物料运输装置2到达指定位置刹车后，远程控制端发出出料指令通过无线传输系统传输至运输主机4的出料控制单元，出料孔11打开，当物料从出料孔11出仓后进入骨料皮带输送机3，传送至骨料搅拌齿轮7完成骨料搅拌。出料过程中无线传输系统实时将物料仓内物料质量发送至远程控制端1。当物料仓内剩余物料质量达到预警程序所设最小值时，程序触发预警指令，通过无线传输系统传输至运输主机4的预警单元，警报器发出警报提示物料已不足。

物料使用完毕后，远程控制端发出出料指令通过无线传输系统传输至运输主机4，远程控制物料运输装置2，智能驾驶系统控制装置沿在钢轨14出洞，一次物料量取、运输过程完成。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。