CN104314063A - 基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法，通过数据采集器采集基坑围护体中对应测斜管内的各探头测得的各测量点倾斜角数据，并将各测量点倾斜角数据发送至所述中心数据处理器，中心数据处理器根据来自数据采集器的各测量点倾斜角数据计算各测量点对应的位移数据从而得到每根测斜管的变形曲线以及各支撑点对应补偿数据，D/I转换仪表把该补偿数据转换为电流环信号，以控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑进行实时补偿，实现根据实时采集的测斜管变形情况对基坑支撑(如钢支撑)进行24小时全天候、不间断实时自动轴力补偿，相比人工测量，提高了测量精度和效率，提高基坑施工质量、效率及安全性。

Description

基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，尤其涉及一种基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法。

背景技术

随着城市的发展，基坑规模和开挖深度不断增加，深基坑的安全问题成为工程施工首要考虑的因素。因为基坑开挖周围的土体、建筑物和埋设物会对基坑围护体结构墙体(简称基坑围护体，例如地下连续墙)等挤压，造成基坑围护体结构墙体的变形，所以在基坑施工过程中要对基坑围护体结构墙体进行检测，以便于当基坑围护体结构墙体变形过大时对其实行支撑的轴力位移补偿以控制或减少围护体结构墙体的位移变形。

目前的检测手段主要是通过测斜管配合测斜仪人工进行测量，再把测得的数据输入电脑中计算出围护体结构墙体的变形数据。现有的测斜系统主要由测头、测读仪、电缆和测斜管四部分组成，所述测头由二组导轮和安装有测斜仪的测量主体组成，所述测读仪可读取测头的测量数据，保存和处理测量数据并对测头供电。使用时，先在连续墙上预埋测斜管，当连续墙发生变形时，整个测斜管随之产生相应变形，通过提拉测头逐段人工测量倾斜角度，通过计算就可得到测斜管的每段的水平位移。然后通过描点能得到连续墙的变形曲线。该测量方法操作简单，应用较广，但是由于是人工操作，存在着测量误差大，不能实现实时测量，更不能将测量数据实时反馈给围护体结构墙体位移变形实时补偿控制系统。在现代化的城市建设中，这些缺点带来了深基坑施工的安全隐患，由于这些检测系统的不完善已经造成了很多工程事故。

综上所述，研究、设计出一种高效、精确稳定、实时的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法，能够实时测量预埋在基坑围护体中测斜管的位移变形情况，并根据测斜管的位移变形情况对基坑支撑进行轴力位移自动补偿，有效提高测量精度和效率，控制并减少基坑围护体的位移变形，确保基坑施工顺利安全。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，所述基坑围护体通过若干带轴力位移补偿器的支撑进行支撑，所述实时检测与控制系统包括：中心数据处理器、中心管理电脑、D/I转换仪表、若干测斜管、若干探头以及与所述测斜管相应数量的数据采集器，所述测斜管预埋于基坑围护体内，每根测斜管内沿测斜管的纵向间隔设置若干所述探头形成探头组，所述数据采集器分别与对应测斜管内的所有探头连接，所述中心管理电脑、数据采集器、D/I转换仪表分别与所述中心数据处理器连接，所述数据采集器采集对应测斜管内的各探头测得的各测量点倾斜角数据，并将各测量点倾斜角数据发送至所述中心数据处理器，所述中心数据处理器根据来自数据采集器的各测量点倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据从而得到每根测斜管的变形曲线以及各支撑点对应补偿数据，所述D/I转换仪表把来自所述中心数据处理器的补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑进行实时补偿。

优选的，所述中心数据处理器，包括：收集模块，用于集中收集各数据采集器的各个测量点的倾斜角数据；计算模块，用于根据收集模块采集的各个测量点的倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据从而得到每根测斜管的变形曲线以及向各支撑点对应补偿数据；人机界面模块，用于探头的参数设置、数据查询、以及数据与变形曲线显示；通信模块，用于实现中心数据处理器与中心管理电脑、D/I转换仪表以及数据采集器之间的通讯；以及模拟驱动模块，用于向D/I转换仪表提供各个支撑点补偿数据。

优选的，所述通信模块包括有线通信模块与无线通信模块，所述有线通信模块用于在数据采集器与中心数据处理器之间实现通信，通信距离为0-500米；所述无线通信模块，用于在中心管理电脑与中心数据处理器之间实现通信。

优选的，所述中心管理电脑，包括：

仪表参数设置模块，用于对各数据采集器的探头以及D/I转换仪表进行参数设置；仪表参数查询模块，用于对各数据采集器的探头以及D/I转换仪表进行参数查询；数据查询模块，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行查询；数据显示模块，用于对当前数据或者所调出的历史数据进行显示；数据打印模块，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行打印；以及通信管理模块，用于实现中心管理电脑与中心数据处理器、D/I转换仪表之间的通讯连接。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述探头通过钢丝电缆线与所述数据采集器连接，所述探头包括主体结构、设置于主体结构上的能够测出自身的倾斜角度以及倾斜方向的倾斜传感器以及设置于所述主体结构上、下部的两组导轮张紧机构，所述倾斜传感器通过所述钢丝电缆线将测得的倾斜数据向外输出，所述导轮张紧机构包括一免维护橡胶弹性体压紧结构以及两端设有导轮的导轮张紧板，所述导轮通过销轴分别连接于所述导轮张紧板的两端，所述主体结构包括连接板，所述连接板位于所述主体结构的中部，所述免维护橡胶弹性体压紧结构将所述导轮张紧板与所述连接板连接并使得所述两个导轮分别压在测斜管的导向槽中。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，每个所述探头还包括两防水接头、两接头连接机构、以及两钢丝锁紧机构；所述两防水接头分别通过对应的所述接头连接机构密封固定于所述主体结构的两端，所述倾斜传感器经所述钢丝电缆线将测量信息传出，所述钢丝电缆线分别经所述两防水接头伸入所述主体结构内腔并由所述防水接头锁紧，其中，伸入主体结构的钢丝电缆线中的钢丝分别通过所述钢丝锁紧机构固定于所述接头连接机构上，伸入主体结构的钢丝电缆线中的电源线及数据线相连通并与所述倾斜传感器电连接。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述主体结构还包括：线缆导管、以及设置于所述连接板两端的两套管，所述连接板的端部分别设有用于与所述套管密封连接的连接底座，所述两套管远离所述连接板的一端分别通过所述防水连接机构与对应的防水接头密封连接，所述线缆导管设置于两个所述连接底座之间，所述两个连接底座上对应所述线缆导管的位置设有供所述钢丝电缆线穿越的通孔，所述倾斜传感器固定设置于其中一个所述套管的内腔中。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述接头连接机构包括电缆连接套、压盖以及密封圈，所述电缆连接套的一端设有挡圈，所述电缆连接套的另一端伸入对应的所述套管内，所述电缆连接套与对应的套管之间设有所述密封圈，所述防水接头与所述电缆连接套的外侧端密封连接，所述压盖螺纹连接于对应套管的外侧将对应的电缆连接套压紧于对应的套管上，所述压盖为具有一端板的螺纹管，所述端板的中心开设供所述防水接头伸出的中心孔。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述钢丝锁紧机构包括紧定螺钉以及分别开设于所述电缆连接套的周壁上的钢丝孔与紧定螺钉孔，所述钢丝孔与所述紧定螺钉孔相互垂直贯通，所述钢丝孔沿着所述电缆连接套的径向设置，所述钢丝电缆线中的钢丝伸入所述电缆连接套的所述钢丝孔内，所述紧定螺钉经所述紧定螺钉孔将所述钢丝锁紧在所述钢丝孔内。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述倾斜传感器通过密封胶固定设置于其中一个所述套管内，该套管的内部设有内凸的凸圈，所述凸圈上开设供所述倾斜仪线缆板伸入的插槽，所述凸圈的内径大于所述电缆连接套的内径。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，位于最下方的探头还包括密封盖，所述密封盖密封设置于远离倾斜传感器的防水接头的开口端；其余探头中远离所述倾斜传感器的所述套管的内腔作为用于容置一定余量电源线与钢丝线的储线腔。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中，所述中心数据处理器根据以下公式计算各测量点变形数据L,L＝A'B'*SIN(△A)，其中，△A表示测量点倾斜角数据，A'B'表示导轮张紧板的中心距离。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中,还包括远程监控中心，所述远程监控中心通过GPRS或者3G无线网络与中心数据处理器进行通信。

本发明还公开了一种基坑围护体位移变形实时检测与控制方法，采用如上所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，包括如下步骤：

第一步,在基坑围护体中预先埋置好测斜管；

第二步,把探头组放入测斜管；

第三步,把各个探头组中的探头与对应的数据采集器连接并通过数据总线接入中心数据处理器；

第四步,系统通电，当基坑围护体发生位移变形时，预埋在墙体内的测斜管同时发生位移变形，探头中的倾斜传感器能够将检测到的基坑围护体的相应断面的各测量点倾斜角数据实时传送到中心数据处理器；

第五步，中心数据处理器集中各数据采集器的各测量点倾斜角数据，将各探头的测得的倾斜角数据转换为位移量，得到每根测斜管的变形曲线以及各个支撑点补偿数据，并将各个支撑点补偿数据送给D/I转换仪表、中心管理电脑和远程监控中心；

第六步，D/I转换仪表把中心数据处理器送来的支撑点补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑上的轴力位移补偿器进行轴力位移补偿，从而实现对基坑围护体变形的24小时不间断实时检测和控制的闭环控制。

优选的，所述中心数据处理器，还能够用于探头的参数设置、数据查询以及数据及变形曲线显示，以及用于对数据采集器以及D/I转换仪表进行参数设置。

优选的，所述中心管理电脑，还能够用于查询当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，显示当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，打印当前或历史工程各个测量断面各时点各测量点的数据，以及进行与中心数据处理器之间的通讯管理。

本发明提供的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法，通过所述数据采集器采集对应测斜管内的各探头测得的各测量点倾斜角数据，并将各测量点倾斜角数据发送至所述中心数据处理器，所述中心数据处理器根据来自数据采集器的各测量点倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据从而得到每根测斜管的变形曲线以及各支撑点对应补偿数据，所述D/I转换仪表把来自所述中心数据处理器的补偿数据转换为电流环信号，以控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑进行实时补偿，因而可以根据实时采集的测斜管变形情况对支撑(如钢支撑)进行自动有效补偿，相比传统人工测量方式，提高了测量精度和效率，而且可以将检测到的数据实时反馈到基坑支撑(如钢支撑)实现对基坑支撑的实时补偿，因此可以及时、有效、精确地控制基坑围护体的位移变形，提高施工安全性。本发明提供的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法主要具有以下优点：

一、能够实时测量连续墙多个断面多个节点的位移变形；

二、能够把各个节点的位移数据转化为电信号输送给PLC用来控制液压泵及基坑支撑轴力位移补偿器来补偿基坑围护墙支撑反位移变形的压力，实现对基坑围护墙体轴力位移变形的闭环实时测控；

三、计算机及仪表数据双通输出；

四、人机智能控制；

五、远程数据读取，可通过网络实现远程数据监测，为多个施工现场集中监测的实现提供物理基础；

六、适应性广，多种数据读取手段，能够适应各种各样的墙体检测和控制；

七、自动化测控，不需要过多的人为干涉可以节约大量的人力成本，同时大大减少人工测量误差，实现全天候不间断的监控，极大提高监控精度和效率；

八、模块化设计，智能化界面，使操作、维护非常方便。

附图说明

本发明的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法由以下的实施例及附图给出。

图1是本发明一实施例的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统的功能模块结构示意图；

图3是本发明一实施例的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统的控制对象即8-轴力位移补偿器在基坑中的分布侧面示意图。

图4是本发明一实施例的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统的控制对象即轴力位移补偿器在基坑中的分布平面示意图。

图5-7是本发明一实施例的探头及测斜管的不同状态图；

图8是本发明一实施例的探头的结构原理示意图；

图9是本发明一实施例的测斜管变形曲线图；

图10为本发明一实施例的实时测斜装置的结构示意图；

图11为本发明一实施例中的探头的结构示意图；

图12为图11的右视图；

图13为图12的A-A剖视图；

图14为图13的B部放大图；

图15为本发明一实施例的免维护橡胶弹性体压紧结构与导轮张紧板的装配示意图(未示意固定螺钉)；

图16为本发明一实施例的免维护橡胶弹性体压紧结构的回复反力示意图；

图17为本发明一实施例中弹性体销轴的结构示意图；

图18为图17的右视图；

图19为图18的结构剖视图；

图20为本发明另一形式的免维护橡胶弹性体压紧结构与导轮张紧板的装配示意图(未示意固定螺钉和连接板)

图21为本发明一实施例的探头的立体结构示意图；

图22为本发明一实施例的探头的结构示意图；

图23为图22的C-C剖视图；

图24为图23的俯视图；

图25为图23的D-D剖视图；

图26为图23的E-E剖视图；

图27为本发明一实施例中钢丝锁紧机构固定钢丝的结构示意图；

图28是本发明一实施例的中心数据处理器的功能模块结构示意图；

图29是本发明一实施例的人机界面模块显示示意图。

图30是本发明一实施例的D/I转换仪表的功能模块结构示意图；

图31是本发明一实施例的中心管理电脑的功能模块结构示意图。

图中，100-监控系统、1-中心数据处理器、11-收集模块、12-计算模块、13-人机界面模块、14-通信模块、15-模拟驱动模块、2-中心管理电脑、21-仪表参数设置模块、22-仪表参数查询模块、23-数据查询模块、24-数据显示模块、25-数据打印模块、26-通信管理模块、3-探头、31-主体结构、311-连接板、312-套管、3121-凸圈、3122-储线腔、313-线缆导管、314-连接底座、3141-通孔、32-倾斜传感器、33-接头连接机构、331-电缆连接套、332-压盖、333-密封圈、34-防水接头、351-紧定螺钉、352-钢丝孔、353-紧定螺钉孔、36-导轮、37-免维护橡胶弹性体压紧结构、371-弹性体销轴、3711-端盖、3712-第一轴部、3713-第二轴部、37131-螺钉孔、372-橡胶弹性条、373-固定螺钉、374-弹簧垫片、38-导轮张紧板、381-正方形孔、39-定位块、4-测斜管、41-导槽、5-D/I转换仪表、6-数据采集器、7-远程监控中心、8-轴力位移补偿器、9-钢丝电缆线、91-钢丝、92-电源线、93-数据线、10-基坑围护体、101-支撑、102-地铁线。

具体实施方式

以下将对本发明的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法作进一步的详细描述。

为使发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1至图31，本实施例公开了一种基坑围护体10位移变形实时检测与控制系统，所述基坑围护体10(如地下连续墙，其靠近地铁线102)通过若干带轴力位移补偿器8的支撑101(如钢支撑)进行支撑，所述实时检测与控制系统100包括：中心数据处理器1、中心管理电脑2、D/I转换仪表5、若干测斜管4、若干探头3以及与所述测斜管4相应数量的数据采集器6，所述测斜管4预埋于基坑围护体10内，每根测斜管4内沿测斜管4的纵向间隔设置若干所述探头3形成探头组，所述数据采集器6分别与对应测斜管4内的所有探头3连接，所述中心管理电脑2、数据采集器6、D/I转换仪表5分别与所述中心数据处理器1连接，所述数据采集器1采集对应测斜管4内的各探头3测得的各测量点倾斜角数据，并将各测量点倾斜角数据发送至中心数据处理器1，中心数据处理器1根据来自数据采集器6的各测量点倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据从而得到每根测斜管4的变形曲线以及各支撑点对应补偿数据，所述D/I转换仪表5把来自所述中心数据处理器1的补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC(即可编程逻辑控制器，未图示)或其他工业控制器对基坑围护体10的支撑101上的轴力位移补偿器8进行轴力位移补偿，也就是对基坑围护体10的支撑101进行了轴力位移实时补偿，因而可以根据实时采集的测斜管4变形情况对支撑101进行自动补偿，相比人工测量方式，既可以节约大量的人力成本，又可以提高测量的及时性和准确性，而且可以实时反馈到支撑101的控制机构即轴力位移补偿器8，即PLC或其他工业控制器可以对基坑支撑101进行实时补偿(轴力和位移补偿)，从而实现及时、有效、精确地控制基坑围护体10的变形，提高了基坑施工的安全性。

请重点参阅图5至图27，并请结合图1至4，每个所述探头3包括主体结构31、设置于主体结构31上的倾斜传感器32以及设置于所述主体结构31上、下部的两组导轮张紧机构，所述倾斜传感器32通过所述钢丝电缆线9将测得的倾斜数据向外输出至所述数据采集器6。所述倾斜传感器32能够测出自身的倾斜角度以及倾斜方向。其中，所述导轮张紧机构包括两端设有导轮36的导轮张紧板38以及免维护橡胶弹性体压紧结构37，所述导轮36通过销轴(未图示)连接于所述导轮张紧板38的两端，所述主体结构31包括连接板311，所述连接板311位于所述主体结构31的中部，所述免维护橡胶弹性体压紧结构37将所述导轮张紧板38与所述主体结构31的所述连接板311连接，并使得所述两个导轮36分别压在测斜管4的导向槽41中。当所述倾斜传感器32自身位置发生倾斜即探头3所在的测斜管4的位置相当于测量点发生倾斜时，倾斜传感器32能够将探测出倾斜的角度值和角度方向，然后传输给数据采集器6。所述倾斜传感器32可以测量出自身测量线与自然铅垂线之间的角度，其结构和原理为本领域的常用技术手段，故在此不再赘述。

本实施例中，倾斜传感器32的最大测量角度为15°，相应地能测±25mm(单个)的最大位移，里面呈圆形，密封，因为测斜管4中会有水，且有一定压力的水，因此对倾斜传感器密封要求高。当测斜管4随连续墙发生变形时，探头3也跟随着发生倾斜，探头3中的倾斜传感器32就能测出这个倾斜角度的大小和方向，后续能够通过三角函数求出该测量点的位移变化量。如下图5所示为探头3在没有变形的测斜管内的示意图，此时该测量点探头3的输出数据为零。如下图6、7所示分别表示测斜管4在受到不同外部压力时的变形情况及探头结构示意图(黑色箭头方向为倾斜管4的受力方向)，探头3分别往两个方向发生倾斜，探头3分别输出倾斜角度以及倾斜方向即带有方向的倾斜角度数据。

以下具体描述一下基坑围护体位移变形实时检测与控制系统的测量计算原理。单个探头所在测量点的位移计算原理如图8所示：当基坑围护体变形后测斜管4跟随基坑围护体变形，A、B分别表示两个导轮张紧板的中心，AB即A'B'表示导轮张紧板38的中心距，探头3的位置从AB变形到A'B'，A与A'重合，该测量点变化角度为△A。探头3中的倾斜传感器32能够准确的测出△A的角度(误差在0.01°)。由于AB即A'B'的长度是已知，变化角度△A也是已知，则变形长度L很容易通过三角函数L＝A'B'*SIN(△A)计算出来。

由上面的描述可以看出，如果我们要监控某一测斜管4的整体变形情况，我们只要根据测量要求在测斜管4间隔一定的距离放置一个个探头3，那么这些探头就能测量所在放置点即测量点的变形情况，再用这些探头3测得数据就能逼近测斜管4的变形曲线，如图9所示。

请重点参阅图11至图27，以下对所述探头3的具体结构进行描述。在本实施例的所述探头3中，所述免维护橡胶弹性体压紧结构37包括弹性体销轴371以及若干橡胶弹性条372，本实施例中，所述橡胶弹性条372的数量是4根。所述弹性体销轴371包括相连接的端盖3711与轴体，所述轴体依次穿经所述导轮张紧板38与所述连接板311，所述导轮张紧板38与所述连接板311分别开设供所述弹性体销轴371穿越的第一通孔381与第二通孔(未图示)，所述弹性体销轴371与所述连接板311固定连接，所述弹性体销轴371的所述轴体将所述第一通孔381分隔成若干空间，所述橡胶弹性条372分别设置于各所述空间内，当所述导轮张紧板38相对所述弹性体销轴371转动时，所述橡胶弹性条372会受到压缩而产生用于驱动导轮张紧板38反向转动的反力F,反力F产生反力矩。该免维护橡胶弹性体压紧结构37在满足提供可靠压紧力的前提下，由于橡胶弹性条372设置于导轮张紧板38、弹性体销轴371及连接板311围成的保护空间内再加上橡胶弹性条372本身性能，不会在水中生锈，不易受到泥水的腐蚀，使用寿命长，工作可靠，故可实现免维护的。再一方面，现有的人工提拉检测方法，由于人为因素，测量效率低、测量精度难以控制，已越来越不适应现代施工测量的高效、高质量、高精度的要求。后续将采用免维护橡胶弹性体压紧结构37的探头设置于上述预置在基坑围护体10测斜管4中对基坑围护体10变形进行实时高精度检测，解决了常规人工提拉检测的技术缺陷，满足了现代施工测量的高效、高质量、高精度的要求。

优选的，请重点参阅图14至图19，本实施例中，所述弹性体销轴371的所述轴体包括相连接且同轴设置的第一轴部3712和第二轴部3713，所述第一轴部3712将所述第一通孔381分隔成若干空间，所述第二轴部3713的形状与大小与所述第二通孔相匹配。本实施例中，所述第二轴部3713的横截面呈圆形，所述第二通孔对应设置为圆孔。当然，所述第二轴部3713的横截面也可以是其他形状，只要第二通孔和它相匹配即可。

优选的，所述第一通孔381的横截面为矩形，所述第一轴部3712的横截面为正多边形或矩形。矩形包括长方形和正方形。本实施例中，所述第一通孔381的横截面为正方形，所述第一轴部3712的横截面为正方形，此时，所述第一轴部3712将所述第一通孔381分隔成4个空间，每个空间内设置一根橡胶弹性条372，共4根。当然，所述第一通孔381和第一轴部3712的横截面也可以是其他组合形式，只要满足转动所述导轮张紧板38能压缩橡胶弹性条372，使橡胶弹性条372给予所述导轮张紧板38有足够的反力矩即可。例如，如图20所示，所述第一轴部3712的横截面也可以是长方形，所述第一通孔381的横截面为长方形。

在本实施例中，当整个免维护橡胶弹性体压紧结构37处于平衡状态时，所述导轮张紧板38与所述连接板311相垂直，当所述导轮张紧板38受到外力相对所述弹性体销轴371转动时，所述四根橡胶弹性条372会受到压缩并因此产生用于驱动导轮张紧板38反向转动的反力，反力产生上述反力矩，从而使得导轮36始终压紧于测斜管4的导槽41内，进而使得倾斜传感器32可以准确地测量出测斜管4的变形情况，测斜管4的变形情况相当于基坑围护体10的变形情况。上述结构的免维护橡胶弹性体压紧结构37相比现有技术中以钢制弹簧片形成的压紧结构相比较，由于传统的钢制弹簧片长时间在泥水中会生锈或被泥沙所影响，其弹簧性能容易受到破坏，因此，弹簧生锈后降低弹性功能需要及时去更换，费时费力且影响工程。而本发明的免维护橡胶弹性体压紧结构中的橡胶弹性条372由于设置于导轮张紧板38、弹性体销轴371以及连接板311围成的空间内以及橡胶弹性条372本身性能，不会在水中生锈，不容易受到泥水的腐蚀，使用寿命长，工作可靠，可以实现免维护的。此外，免维护橡胶弹性体压紧结构37相比现有的使用弹簧片的压紧结构，结构更加紧凑。

优选的，在上述的免维护橡胶弹性体压紧结构37中，还包括固定螺钉373与弹簧垫片374，所述弹性体销轴371的所述第二轴部3713外端面内设有与所述固定螺钉373相匹配的螺钉孔37131，所述固定螺钉373穿过所述弹簧垫片374后拧紧于所述弹性体销轴371的所述第二轴部3713的所述螺钉孔37131内，从而所述弹性体销轴371与所述连接板311通过所述固定螺钉373与弹簧垫片374固定连接。也就是说，通过设置固定螺钉373、金属垫片以及弹簧垫片374，将所述弹性体销轴371与所述连接板311进行固定连接。

优选的，所述第一轴部3712的长度比所述导轮张紧板38的厚度大。本实施例中，所述第一轴部3712的长度比所述导轮张紧板38的厚度大1-3毫米。从而使得所述导轮张紧板38能相对所述弹性体销轴371的所述第一轴部712转动。

优选的，所述第二轴部3713的长度比所述连接板311的厚度小。本实施例中，所述第二轴部3713的长度比所述连接板311的厚度小2-4毫米。从而可以使得所述弹簧垫片74紧贴于所述连接板311上，使得所述连接板311与所述弹性体销轴371之间的连接更加牢固。

优选的，所述弹性体销轴371采用钢材，加工方便，取材容易。

优选的，请重点参阅图27，所述钢丝电缆线9包括保护套(未标示)以及位于所述保护套内的钢丝91、电源线92以及数据线93。本实施例中，所述钢丝电缆线9包括两根电源线92与两根数据线93，所述两根电源线92与所述两根数据线93环绕设置于所述钢丝91的外侧。

优选的，每个所述探头3还包括两接头连接机构33、两防水接头34、以及两钢丝锁紧机构，所述两防水接头34分别通过对应的所述接头连接机构33密封固定于所述主体结构31的两端，所述倾斜传感器32经所述钢丝电缆线9将测量信息传出，所述钢丝电缆线9分别经所述两防水接头34伸入所述主体结构31内腔(所述内腔具体是指后续所述套管312的内腔)并由所述防水接头34锁紧，其中，伸入主体结构31的钢丝电缆线9中的钢丝91分别通过所述钢丝锁紧机构固定于所述接头连接机构33上，伸入主体结构31的钢丝电缆线9中的电源线92及数据线93相连通并与所述倾斜传感器32电连接。由于钢丝电缆线9中的钢丝91经由所述钢丝锁紧机构固定于所述接头连接机构33，由于所述接头连接机构33固定设置于所述主体结构31上，因此相当于所述钢丝91固定于所述主体结构31上，如此，可以将位于该探头3下方的探头3以及钢丝电缆线9的重量传递到主体结构31上面，避免钢丝电缆线9中的电源线92及数据线93与倾斜传感器32之间的连接处因受力过度导致断开，保证所有探头3的正常运行。

优选的，所述主体结构31还包括：线缆导管313、以及设置于所述连接板311两端的两套管312，所述连接板311的端部分别设有用于与所述套管312密封连接的连接底座314，所述两套管312远离所述连接板311的一端分别通过所述防水连接机构与对应的防水接头34密封连接，所述线缆导管313设置于两个所述连接底座314之间，所述两个连接底座314上对应所述线缆导管313的位置设有供所述钢丝电缆线9穿越的通孔3141，所述倾斜传感器32固定设置于其中一个所述套管312的内腔中。采用上述形式的主体结构31，所述套管312以及所述线缆导管313能够对对钢丝电缆线9中的电源线92与数据线93起到保护和密封作用，防止其被污染和受到损伤。所述倾斜传感器32固定设置于其中一个所述套管312的内腔中。当所述倾斜传感器32自身位置发生倾斜即倾斜传感器32所在的探头3所在的测斜管4的位置发生倾斜时，倾斜传感器32能够将探测出倾斜的角度值和角度方向，然后通过钢丝电缆线9传输给数据采集器6。

优选的，请重点参阅图21至图24，所述接头连接机构33包括电缆连接套331、压盖332以及密封圈333，所述电缆连接套331的一端设有挡圈，所述电缆连接套331的另一端伸入对应的所述套管312内，所述电缆连接套331与对应的套管312之间设有所述密封圈333，所述防水接头34与所述电缆连接套331的外侧端密封连接，所述压盖332螺纹连接于对应套管312的外侧将对应的电缆连接套331压紧于对应的套管312上，所述压盖332为具有一端板的螺纹管，所述端板的中心开设供所述防水接头34伸出的中心孔。上述结构的接头连接机构33，结构简单、可靠，能够将防水接头34密封固定于对应套管312的一端。

优选的，请重点参阅图26和图27，所述钢丝锁紧机构包括紧定螺钉351以及分别开设于所述电缆连接套331的周壁上的钢丝孔352与紧定螺钉孔353，所述钢丝孔352与所述紧定螺钉孔353相互垂直贯通，所述钢丝孔352沿着所述电缆连接套331的径向设置，进入所述电缆连接套331的所述钢丝电缆线9中的钢丝91伸入所述电缆连接套331的所述钢丝孔352内，所述紧定螺钉351经所述紧定螺钉孔353将所述钢丝91锁紧在所述钢丝孔352内。上述结构的钢丝锁紧机构，结构简单，可以将钢丝91牢固地固定于主体结构31的电缆连接套331上，将位于下方的探头3及钢丝电缆线9的重量传递到该主体结构31上。

优选的，所述倾斜传感器32通过密封胶固定设置于其中一个所述套管312内，该套管312的内部设有内凸的凸圈3121，所述凸圈3121上开设供所述倾斜仪线缆板伸入的插槽，所述凸圈3121的内径大于所述电缆连接套331的内径。通过设置插槽，可以限制倾斜传感器32大幅度位移，通过设置密封胶可以将倾斜传感器32固定，防止倾斜传感器32发生微小位移，从而可以提高倾斜传感器32的测量精度。

优选的，位于最下方的探头3还包括密封盖(未图示)，所述密封盖密封设置于远离倾斜传感器32的防水接头34的开口端。通过设置密封盖，可以防止污染物进入对应的套管312内。其余探头3中远离所述倾斜传感器32的所述套管312的内腔作为用于容置一定余量电源线92与钢丝91线的储线腔3122。通过预留一部分电源线92和钢丝91线，不但可以作为不时之需，而且可以对钢丝电缆线9中的电源线92和数据线93起到缓冲的作用，防止其被扯断，进一步保证探头3运行的可靠性。

优选的，请重点参阅图16，在上述的实时测斜装置中，还包括若干定位块39，所述定位块39分别设置在各探头3的主体结构31上靠近各免维护橡胶弹性体压紧结构37的位置，通过定位块39对导轮张紧板38的支撑给各免维护橡胶弹性体压紧结构37一同向的预紧力。避免在探头3安装到测斜管4的过程中，出现两个导轮张紧机构的导轮张紧板38的转动方向不一致，而导致测量不准确的现象。

优选的，请参阅图28，所述中心数据处理器1，包括收集模块11、计算模块12、人机界面模块13、通信模块14以及模拟驱动模块15。

所述收集模块11，用于集中收集各数据采集器6的各个测量点的倾斜角数据，所述倾斜角数据包括倾斜角度和倾斜方向。

所述计算模块12，用于根据收集模块11采集的各个测量点的倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据，从而得到每根测斜管4的变形曲线以及向各支撑点对应补偿数据。所述中心数据处理器1中的计算模块12根据以下公式计算各测量点的变形数据L；L＝A'B'*SIN(△A)，其中，△A表示测量点倾斜角数据，A'B'和AB表示导轮张紧板38的中心距离。

所述人机界面模块13，如图29所示，用于进行探头3的参数设置、数据查询、以及数据与曲线(即变形曲线)显示；

所述通信模块14，用于实现中心数据处理器1与中心管理电脑2、D/I转换仪表5以及数据采集器6之间的通讯。优选的，所述通信模块14包括有线通信模块与无线通信模块，所述有线通信模块用于在数据采集器6与中心数据处理器1之间实现通信，通信距离为0-500米；所述无线通信模块，用于在中心管理电脑2与中心数据处理器1之间实现通信。

所述模拟驱动模块15，用于向D/I转换仪表5提供各个支撑点补偿数据。

如图30所述，所述D/I转换仪表5能够把中心数据处理器1送来的支撑点补偿数据转换为电流环信号，该电流环信号用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体10的支撑101进行轴力和位移的实时补偿。

优选的，请参阅图31，所述中心管理电脑2，包括仪表参数设置模块21、仪表参数查询模块22、数据查询模块23、数据显示模块24、数据打印模块25以及通信管理模块26。所述仪表参数设置模块21，用于对各数据采集器6的探头以及D/I转换仪表进行参数设置；所述仪表参数查询模块22，用于对各数据采集器6的探头以及D/I转换仪表进行参数查询；所述数据查询模块23，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行查询；所述数据显示模块24，用于对当前数据或者所调出的历史数据进行显示；所述数据打印模块25，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行打印；以及所述通信管理模块26，用于实现中心管理电脑2与中心数据处理器2、D/I转换仪表5之间的通讯连接。

优选的，在上述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统中,还包括远程监控中心7，所述远程监控中心7通过GPRS或者3G无线网络与中心数据处理器1进行通信。通过设置远程监控中心7，可以通过网络进行远程数据监测，为多个施工工程的集中监测的实现提供物理基础，提高施工管理和监测效率。

请继续参阅图1-图31，本发明还公开了一种基坑围护体位移变形实时检测与控制方法，采用如上所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统100，包括如下步骤：

第一步,在基坑围护体10中预先埋置好PVC测斜管4；

第二步,把探头组放入测斜管4；

第三步,把各个探头组中的探头3与对应的数据采集器6连接并通过数据总线接入中心数据处理器1；

第四步,系统通电，当基坑围护体10发生位移变形时，预埋在墙体内的测斜管同时发生位移变形，探头3中的倾斜传感器能够将检测到的基坑围护体10的相应断面的各测量点倾斜角数据实时传送到中心数据处理器1；

第五步，中心数据处理器1集中各数据采集器6的各测量点倾斜角数据，将各探头3的测得的倾斜角数据转换为位移量，得到每根测斜管4的变形曲线以及各个支撑点补偿数据，并将各个支撑点补偿数据送给D/I转换仪表5、中心管理电脑2和远程监控中心7；

第六步，D/I转换仪表5把中心数据处理器1送来的支撑点补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体10的支撑101上的轴力位移补偿器8进行轴力位移补偿，从而实现对基坑围护体10变形的24小时不间断实时检测和控制的闭环控制。

优选的，所述中心数据处理器1，还能够用于探头3的参数设置、数据查询以及数据及变形曲线显示，以及用于对数据采集器6以及D/I转换仪表5进行参数设置。

优选的，所述中心管理电脑2，还能够用于查询当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，显示当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，打印当前或历史工程各个测量断面各时点各测量点的数据，以及进行与中心数据处理器1之间的通讯管理。

本发明提供的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法的测量误差主要存在于倾斜传感器32的精度、倾斜传感器的温漂、上下导轮张紧板38中心间距误差。探头3的2组导轮只是物理需要，与测量没关系的；测量是与倾斜传感器以及2组导轮张紧板38中心之间的中心距有关，这里定为100mm(2组导轮张紧板38中心A、B之间的中心距)。

倾斜传感器32的精度为0.01°，则其可能引起的误差为△1＝100*SIN(0.01°)，假设导轮张紧板38的中心间距为100mm，则位移误差△1＝0.017mm。

倾斜传感器32的温漂在极端情况下为0.05°，则其可能引起的误差为△2＝100*SIN(0.05°)，假设导轮张紧板38的中心间距为100mm，则位移误差△2＝0.087mm。

对于导轮张紧板38间距误差：假设在极度情况间距误差为1mm(在现有的机械加工情况下几乎不会有这种情况)，则其在角度为10°(按探头3的量程算，实际使用不可能达到这角度)引起的位移误差为△3＝(101*SIN(10°)-100*SIN(10°))，△3＝0.174。

由上面的分析可以看出在综合各种误差后总误差△＝△1+△2+△3＝0.278，故该系统在任何条件下均可保证0.5mm的精度。因此，本发明提供的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统及方法能够比较精确地测量出基坑围护体的微变形，为实时控制基坑围护体的变形提供保证。

Claims (16)

1.一种基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，所述基坑围护体通过若干带轴力位移补偿器的支撑进行支撑，其特征在于，包括：中心数据处理器、中心管理电脑、D/I转换仪表、若干测斜管、若干探头以及与所述测斜管相应数量的数据采集器，所述测斜管预埋于基坑围护体内，每根测斜管内沿测斜管的纵向间隔设置若干所述探头形成探头组，所述数据采集器分别与对应测斜管内的所有探头连接，所述中心管理电脑、数据采集器、D/I转换仪表分别与所述中心数据处理器连接，所述数据采集器采集对应测斜管内的各探头测得的各测量点倾斜角数据，并将各测量点倾斜角数据发送至所述中心数据处理器，所述中心数据处理器根据来自数据采集器的各测量点倾斜角数据计算各测量点对应的变形数据，从而得到每根测斜管的变形曲线以及各支撑点对应补偿数据，所述D/I转换仪表把来自所述中心数据处理器的补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑上的轴力位移补偿器进行轴力位移补偿。

2.根据权利要求1所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于,所述中心数据处理器，包括：

收集模块，用于集中收集各数据采集器的各个测量点的倾斜角数据；计算模块，用于根据收集模块采集的各个测量点的倾斜角数据计算各测量点对应的位移变形数据，从而得到每根测斜管的变形曲线以及向各支撑点对应补偿数据；

人机界面模块，用于探头的参数设置、数据查询、以及数据与变形曲线显示；

通信模块，用于实现中心数据处理器与中心管理电脑、D/I转换仪表以及数据采集器之间的通讯；以及

模拟驱动模块，用于向D/I转换仪表提供各个支撑点补偿数据。

3.根据权利要求1所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于,所述通信模块包括有线通信模块与无线通信模块，所述有线通信模块用于在数据采集器与中心数据处理器之间实现通信，通信距离为0-500米；所述无线通信模块，用于在中心管理电脑与中心数据处理器之间实现通信。

4.根据权利要求1所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于,所述中心管理电脑，包括

仪表参数设置模块，用于对各数据采集器的探头以及D/I转换仪表进行参数设置；

仪表参数查询模块，用于对各数据采集器的探头以及D/I转换仪表进行参数查询；

数据查询模块，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行查询；

数据显示模块，用于对当前数据或者所调出的历史数据进行显示；

数据打印模块，用于对当前或历史工程各个测量断面不同时点的变形数据进行打印；以及

通信管理模块，用于实现中心管理电脑与中心数据处理器、D/I转换仪表之间的通讯连接。

5.根据权利要求1所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，所述探头通过钢丝电缆线与所述数据采集器连接，所述探头包括主体结构、设置于主体结构上的能够测出自身的倾斜角度以及倾斜方向的倾斜传感器以及设置于所述主体结构上、下部的两组导轮张紧机构，所述倾斜传感器通过所述钢丝电缆线将测得的倾斜数据向外输出，所述导轮张紧机构包括一免维护橡胶弹性体压紧结构以及两端设有导轮的导轮张紧板，所述导轮通过销轴分别连接于所述导轮张紧板的两端，所述主体结构包括连接板，所述连接板位于所述主体结构的中部，所述免维护橡胶弹性体压紧结构将所述导轮张紧板与所述连接板连接并使得所述两个导轮分别压在测斜管的导向槽中。

6.如权利要求5所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，每个所述探头还包括两防水接头、两接头连接机构、以及两钢丝锁紧机构；所述两防水接头分别通过对应的所述接头连接机构密封固定于所述主体结构的两端，所述倾斜传感器经所述钢丝电缆线将测量信息传出，所述钢丝电缆线分别经所述两防水接头伸入所述主体结构内腔并由所述防水接头锁紧，其中，伸入主体结构的钢丝电缆线中的钢丝分别通过所述钢丝锁紧机构固定于所述接头连接机构上，伸入主体结构的钢丝电缆线中的电源线及数据线相连通并与所述倾斜传感器电连接。

7.如权利要求6所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，所述主体结构还包括：线缆导管、以及设置于所述连接板两端的两套管，所述连接板的端部分别设有用于与所述套管密封连接的连接底座，所述两套管远离所述连接板的一端分别通过所述防水连接机构与对应的防水接头密封连接，所述线缆导管设置于两个所述连接底座之间，所述两个连接底座上对应所述线缆导管的位置设有供所述钢丝电缆线穿越的通孔，所述倾斜传感器固定设置于其中一个所述套管的内腔中。

8.如权利要求7所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，所述接头连接机构包括电缆连接套、压盖以及密封圈，所述电缆连接套的一端设有挡圈，所述电缆连接套的另一端伸入对应的所述套管内，所述电缆连接套与对应的套管之间设有所述密封圈，所述防水接头与所述电缆连接套的外侧端密封连接，所述压盖螺纹连接于对应套管的外侧将对应的电缆连接套压紧于对应的套管上，所述压盖为具有一端板的螺纹管，所述端板的中心开设供所述防水接头伸出的中心孔。

9.如权利要求8所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，所述钢丝锁紧机构包括紧定螺钉以及分别开设于所述电缆连接套的周壁上的钢丝孔与紧定螺钉孔，所述钢丝孔与所述紧定螺钉孔相互垂直贯通，所述钢丝孔沿着所述电缆连接套的径向设置，所述钢丝电缆线中的钢丝伸入所述电缆连接套的所述钢丝孔内，所述紧定螺钉经所述紧定螺钉孔将所述钢丝锁紧在所述钢丝孔内。

10.如权利要求7所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，所述倾斜传感器通过密封胶固定设置于其中一个所述套管内，该套管的内部设有内凸的凸圈，所述凸圈上开设供所述倾斜仪线缆板伸入的插槽，所述凸圈的内径大于所述电缆连接套的内径。

11.如权利要求7所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于，位于最下方的探头还包括密封盖，所述密封盖密封设置于远离倾斜传感器的防水接头的开口端；其余探头中远离所述倾斜传感器的所述套管的内腔作为用于容置一定余量电源线与钢丝线的储线腔。

12.根据权利要求5所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于,所述中心数据处理器根据以下公式计算各测量点变形数据L,L＝A'B'*SIN(△A)，其中，△A表示测量点倾斜角数据，A'B'表示导轮张紧板的中心距离。

13.根据权利要求1所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，其特征在于,还包括远程监控中心，所述远程监控中心通过GPRS或者3G无线网络与中心数据处理器进行通信。

14.一种基坑围护体位移变形实时检测与控制，其特征在于，采用如权利要求1-13中任意一项所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制系统，包括如下步骤：

第一步,在基坑围护体中预先埋置好测斜管；

第二步,把探头组放入测斜管；

第三步,把各个探头组中的探头与对应的数据采集器连接并通过数据总线接入中心数据处理器；

第四步,系统通电，当基坑围护体发生位移变形时，预埋在墙体内的测斜管同时发生位移变形，探头中的倾斜传感器能够将检测到的基坑围护体的相应断面的各测量点倾斜角数据实时传送到中心数据处理器；

第五步，中心数据处理器集中各数据采集器的各测量点倾斜角数据，将各探头的测得的倾斜角数据转换为位移量，得到每根测斜管的变形曲线以及各个支撑点补偿数据，并将各个支撑点补偿数据送给D/I转换仪表、中心管理电脑和远程监控中心；

第六步，D/I转换仪表把中心数据处理器送来的支撑点补偿数据转换为电流环信号，用于控制PLC或其他工业控制器对基坑围护体的支撑上的轴力位移补偿器进行轴力位移补偿，从而实现对基坑围护体变形的24小时不间断实时检测和控制的闭环控制。

15.根据权利要求14所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制，其特征在于,所述中心数据处理器，还能够用于探头的参数设置、数据查询以及数据及变形曲线显示，以及用于对数据采集器以及D/I转换仪表进行参数设置。

16.根据权利要求14所述的基坑围护体位移变形实时检测与控制，其特征在于，所述中心管理电脑，还能够用于查询当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，显示当前或历史工程各测量断面各时点各测量点的数据，打印当前或历史工程各个测量断面各时点各测量点的数据，以及进行与中心数据处理器之间的通讯管理。