CN106544998A - 用于地下深层土体水平位移的实时监测方法 - Google Patents

用于地下深层土体水平位移的实时监测方法 Download PDF

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潘晓东
范立盛
杨杰
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    • E02D2600/00—Miscellaneous
    • E02D2600/10—Miscellaneous comprising sensor means

Abstract

本发明公开了一种用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管，在测斜管内布设若干测斜仪终端，且将若干测斜仪终端通过电缆串联在一起，在若干测斜仪终端就位后，数据采集器用轮询式的方式向地下的测斜仪终端询问数据，测斜仪终端接到指令后向数据采集器发送其所在位置的倾角数据，数据采集器获得测斜仪终端所在位置的实时水平位置后，可通过位于地面的计算机进行数据处理，然后将数据通过无线网络发送到云端，实现远程的深层土体的水平位移的监测。本发明有效实时远程监测了地下深层土体的水平位移，数据的精确度高，系统的智能化程度高，减少了人员实地监测操作带来的误差和人力成本。

Description

用于地下深层土体水平位移的实时监测方法
技术领域
本发明涉及一种用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，属于地下施工监测领域。
背景技术
随着我国经济高速增长，经济发展对基础设施的要求也越来越高。其中，城市建筑物基坑越挖越深，城市地铁快速建设，城市隧道不断开挖。而这些地下工程的技术要求普遍要比一般的工程建设的技术要求要高很多，工程风险也要大。特别是在地下深层土体位移方面，如果在建或者已建地下工程的深层土体位移过大，那么就极有可能直接导致重大的工程安全事故，造成巨大损失。所以，实时监测深层土体位移的技术对地下工程意义重大。
由于地质条件的复杂性、多变性及地下工程施工质量受多种因素影响难以准确辨别的特殊性，以至基坑开挖引起和建筑物、埋设物的变形难于准确预测。
目前国内外监测深层土体水平位移的方法是在测点埋设测斜管，然后每天定时安排工作人员进入场地将测斜仪沿着测斜管的导管匀速下降和提升来监测特定时间的深层土体水平位移。这种监测方法费时费力，人为操作误差比较大，并且不能做到对深层土体水平位移的实时监测，不能动态地发现工程可能出现的危险。
因此，基坑开挖工程急需一种可以实时高精度监测深层土体水平位移的解决方法。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种利用测斜管、由倾角传感器等组成测斜仪终端、数据采集器、电脑等设备进行实时监测深层土体水平位移的精确度高，稳定性好的用于地下深层土体水平位移的实时监测方法。
本发明采用的技术方案是：
用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管，在所述的测斜管内布设若干测斜仪终端，且将若干所述的测斜仪终端通过电缆串联在一起，所述的测斜仪终端包括单轴倾角传感器以及包覆在单轴倾角传感器外的防水金属壳；位于地面的数据采集器采用轮询式的方式按顺序向位于地表下方的测斜仪终端发出询问指令，各测斜仪终端监测其所在位置处的实时倾角数据并将所述的数据通过所述的电缆传入位于地面的数据采集器，所述的数据采集器将接收到的数据汇入位于地面的计算机，所述的计算机将处理完的数据通过无线信号发送至云端；
所述的测斜管内设置有用于供所述的测斜仪终端上的滚轮移动的导槽，在所述的导槽中设置有若干一侧具有弧面槽口的限位斜挡块，相邻的两个限位斜挡块之间的间隔距离等于所述的测斜仪终端之间的间距，所述的弧面槽口用以当所述的测斜仪终端就位后对其单向限位，各测斜仪终端只能自下而上移动，自上而下的运动被限位斜挡块限制。在完成监测任务后，施工人员可以将测斜仪终端向上拉出，回收这些测斜仪终端，减轻监测的成本。
所述的测斜管的埋置施工方法是按照以下步骤进行：
(21)、在在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管前，先确定所需监测地下深层土体水平位移的监测孔点；
(22)、在所需监测孔点处进行钻孔施工；
(23)、将各测斜仪终端按照预先设定的间距装入测斜管中，并用电缆将各测斜仪终端串联在一起；
(24)将测斜管沿着支护桩钢筋笼的一条主筋垂直向下布置绑扎，然后将支护桩钢筋笼与测斜管垂直埋入钻孔中，并保持单轴倾角传感器单轴的方向为所需测的水平位移方向；
(25)测斜管埋置完成后向支护桩钢筋笼内灌入混凝土，直至混凝土填满测斜管外的空隙；
(26)将电缆连入数据采集器；
(27)调试数据采集器和各测斜仪终端，确定初始的偏移量。
进一步，所述的导槽内每间隔0.5～1米布置若干具有弧面槽口的限位斜挡块，防水金属壳中间对应限位斜挡块的位置连接有若干滚轮，所述的滚轮与防水金属壳设置有连接杆，所述的连接杆的一端与滚轮连接，所述的连接杆的另一端通过转轴与防水金属壳铰接，所述的连接杆和滚轮绕转轴转动；所述的连接杆上相对防水金属壳的一侧设置有一弹簧，所述的弹簧的一端与连接杆连接，另一端抵靠在防水金属壳上；在测斜仪终端通过限位斜挡块时，滚轮和连接杆绕转轴转动，同时弹簧被压缩，此时滚轮得到足够空间能够滚过限位斜挡块；当各个测斜仪终端达到各自对应的高度后，滚轮后退进入限位斜挡块的弧面槽口中。
进一步，还包括一钢挡片，所述的钢挡片的一端与所述的连接杆中部连接，另一端固设在防水金属壳上。
进一步，在所述若干测斜仪终端就位后，所述的数据采集器用轮询式的方式向地下的测斜仪终端询问数据，测斜仪终端接到指令后向数据采集器发送其所在位置的倾角数据，数据采集器获得测斜仪终端所在位置的实时水平位置后，可通过位于地面的计算机进行数据处理，然后将数据通过无线网络发送到云端，实现远程的深层土体的水平位移的监测。
本发明的监测原理：假设测斜管底的点为不动点，设每个测斜仪终端测得的倾角数据为αi，每个测斜管之间的固定距离为h，各个测斜仪段内的水平位移为yi，则yi＝h·sinαi，土体总水平位移为∑yi。
传统固定式测斜设备误差来源：
1、测斜仪终端内单轴倾角测斜仪本身存在的仪器误差；
2、测斜管在随着土体位移而产生变形使得测斜仪之间距离有变化；
3、测斜仪终端在测斜管内可能存在转动，使得测斜仪终端测的角度不是我们预设方向上的角度；
4、温度变化对仪器的影响。
上述误差中，1、2是不能避免的，对于3所造成的误差，本发明中每个测斜仪终端由四个有弧面弧面槽口的限位斜挡块能够起到更好的防止测斜仪转动的作用，减少误差。对于4，用温度补偿的办法减少误差。
本发明有效实时远程监测了地下深层土体的水平位移，数据的精确度高，系统的智能化程度高，减少了人员实地监测操作带来的误差和人力成本，测斜仪探头可回收，重复利用。
本发明的有益效果体现在：有效监测了地下深层土体的水平位移情况，实时形成位移数据和图形，技术人员可以远程监控、精确度高，省去了传统方法中的人力操作，探头做防水处理，可以在地下水环境下工作，并且探头在监测完毕后可以回收利用，在提高精度的基础上大大降低了成本，为地下施工提供了有力的技术、安全保障。
附图说明
图1为本发明施工中测斜管埋置示意图。
图2为测斜管连接处的放大图。
图3为本发明测斜管与测斜仪终端的放大图。
图4为测斜管内剖面图。
图5为本发明测斜管与钢筋笼绑扎示意图。
具体实施方式
参照图1至图5，本发明用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，至少包括以下步骤：
在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管3，在所述的测斜管3内布设若干测斜仪终端2，且将若干所述的测斜仪终端2通过电缆4串联在一起，所述的测斜仪终端2包括单轴倾角传感器以及包覆在单轴倾角传感器外的防水金属壳，此单轴倾角传感器外层已进行防水处理，在地下水环境中能够正常工作；位于地面的数据采集器1采用轮询式的方式按顺序向位于地表下方的测斜仪终端2发出询问指令，各测斜仪终端2监测其所在位置处的实时倾角数据并将所述的数据通过所述的电缆4传入位于地面的数据采集器1，所述的数据采集器1将接收到的数据汇入位于地面的计算机，所述的计算机将处理完的数据通过无线信号发送至云端；
所述的测斜管3内设置有用于供所述的测斜仪终端2上的滚轮7移动的导槽11，在所述的导槽11中设置有若干一侧具有弧面槽口的限位斜挡块8，相邻的两个限位斜挡块8之间的间隔距离等于所述的测斜仪终端2之间的间距，所述的弧面槽口用以当所述的测斜仪终端2就位后对其单向限位，各测斜仪终端2只能自下而上移动，自上而下的运动被限位斜挡块8限制。在完成监测任务后，施工人员可以将测斜仪终端向上拉出，回收这些测斜仪终端，减轻监测的成本。
所述的测斜管的埋置施工方法是按照以下步骤进行：
(21)、在在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管前，先确定所需监测地下深层土体水平位移的监测孔点；
(22)、在所需监测孔点处进行钻孔施工；
(23)、将各测斜仪终端按照预先设定的间距装入测斜管中，并用电缆将各测斜仪终端串联在一起；电缆不能绷紧，保持一定宽松度，防止在测斜管变形程中将电缆拉断；
(24)将测斜管3沿着支护桩钢筋笼10的一条主筋9垂直向下布置绑扎，然后将支护桩钢筋笼10与测斜管3垂直埋入钻孔中，并保持单轴倾角传感器单轴的方向为所需测的水平位移方向；
(25)测斜管3埋置完成后向支护桩钢筋笼内灌入混凝土，直至混凝土填满测斜管外的空隙；
(26)将电缆4连入数据采集器1；
(27)调试数据采集器1和各测斜仪终端2，确定初始的偏移量。
本实施例所述的导槽11内每间隔0.5米布置若干具有弧面槽口的限位斜挡块8，防水金属壳中间对应限位斜挡块8的位置连接有若干滚轮7，所述的滚轮7与防水金属壳设置有连接杆15，所述的连接杆15的一端与滚轮7连接，所述的连接杆15的另一端通过转轴14与防水金属壳铰接，所述的连接杆15和滚轮7绕转轴14转动；所述的连接杆15上相对防水金属壳的一侧设置有一弹簧13，所述的弹簧13的一端与连接杆15连接，另一端抵靠在防水金属壳上；在测斜仪终端2通过限位斜挡块7时，滚轮7和连接杆15绕转轴14转动，同时弹簧13被压缩，此时滚轮7得到足够空间能够滚过限位斜挡块8；当各个测斜仪终端2达到各自对应的高度后，滚轮7后退进入限位斜挡块8的弧面槽口中，并固定。本实施例还包括一钢挡片12，所述的钢挡片12的一端与所述的连接杆15中部连接，另一端固设在防水金属壳上。钢挡片12在滚轮7固定于弧面槽口后可以给滚轮一个朝导轨内的支撑力，使滚轮7与连接杆15不会转过太多角度。
本实施例在所述若干测斜仪终端2就位后，所述的数据采集器1用轮询式的方式向地下的测斜仪终端2询问数据，测斜仪终端2接到指令后向数据采集器发送其所在位置的倾角数据，数据采集器1获得测斜仪终端所在位置的实时水平位置后，可通过位于地面的计算机进行数据处理，然后将数据通过无线网络发送到云端，实现远程的深层土体的水平位移的监测。
本实施例使用此发明实时监测某开挖深基坑周围的深层土体水平位移，通过测斜仪终端传输到数据采集器里的数据，计算机实时绘制出土体各个点的水平位移图，进行储存并发送至云端，技术人员可以远程实时看到深层土体水平位移情况。如果某点的水平位移过大，计算机启动自动预警系统，提醒施工人员基坑变形过大，需及时进行处理。当检测完毕后，工作人员可以将测斜仪终端从b端拉至地面，进行回收。
本实施例中，每节测斜管3的长度约为2米，测斜管3与测斜管3的连接处采用连接头5相互连接，并且用自攻螺钉6将连接头5和测斜管3固定。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管，在所述的测斜管内布设若干测斜仪终端，且将若干所述的测斜仪终端通过电缆串联在一起，所述的测斜仪终端包括单轴倾角传感器以及包覆在单轴倾角传感器外的防水金属壳；位于地面的数据采集器采用轮询式的方式按顺序向位于地表下方的测斜仪终端发出询问指令，各测斜仪终端监测其所在位置处的实时倾角数据并将所述的数据通过所述的电缆传入位于地面的数据采集器，所述的数据采集器将接收到的数据汇入位于地面的计算机，所述的计算机将处理完的数据通过无线信号发送至云端；
所述的测斜管内设置有用于供所述的测斜仪终端上的滚轮移动的导槽，在所述的导槽中设置有若干一侧具有弧面槽口的限位斜挡块，相邻的两个限位斜挡块之间的间隔距离等于所述的测斜仪终端之间的间距，所述的弧面槽口用以当所述的测斜仪终端就位后对其单向限位。
2.如权利要求1所述的用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：所述的测斜管的埋置施工方法是按照以下步骤进行：
(21)、在在建或者已建城市建筑物地表下方位置埋置测斜管前，先确定所需监测地下深层土体水平位移的监测孔点；
(22)、在所需监测孔点处进行钻孔施工；
(23)、将各测斜仪终端按照预先设定的间距装入测斜管中，并用电缆将各测斜仪终端串联在一起；
(24)将测斜管沿着支护桩钢筋笼的一条主筋垂直向下布置绑扎，然后将支护桩钢筋笼与测斜管垂直埋入钻孔中，并保持单轴倾角传感器单轴的方向为所需测的水平位移方向；
(25)测斜管埋置完成后向支护桩钢筋笼内灌入混凝土，直至混凝土填满测斜管外的空隙；
(26)将电缆连入数据采集器；
(27)调试数据采集器和各测斜仪终端，确定初始的偏移量。
3.如权利要求1所述的用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：所述的导槽内每间隔0.5～1米布置若干具有弧面槽口的限位斜挡块，防水金属壳中间对应限位斜挡块的位置连接有若干滚轮，所述的滚轮与防水金属壳设置有连接杆，所述的连接杆的一端与滚轮连接，所述的连接杆的另一端通过转轴与防水金属壳铰接，所述的连接杆和滚轮绕转轴转动；所述的连接杆上相对防水金属壳的一侧设置有一弹簧，所述的弹簧的一端与连接杆连接，另一端抵靠在防水金属壳上；在测斜仪终端通过限位斜挡块时，滚轮和连接杆绕转轴转动，同时弹簧被压缩，此时滚轮得到足够空间能够滚过限位斜挡块；当各个测斜仪终端达到各自对应的高度后，滚轮后退进入限位斜挡块的弧面槽口中。
4.如权利要求3所述的用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：还包括一钢挡片，所述的钢挡片的一端与所述的连接杆中部连接，另一端固设在防水金属壳上。
5.如权利要求1所述的用于地下深层土体水平位移的实时监测方法，其特征在于：在所述若干测斜仪终端就位后，所述的数据采集器用轮询式的方式向地下的测斜仪终端询问数据，测斜仪终端接到指令后向数据采集器发送其所在位置的倾角数据，数据采集器获得测斜仪终端所在位置的实时水平位置后，可通过位于地面的计算机进行数据处理，然后将数据通过无线网络发送到云端，实现远程的深层土体的水平位移的监测。
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