CN108005131A - 一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法，该监测系统包括气源泵，测读仪，预埋于基坑围护墙内的测斜管，以及置于测斜管内的探头组件；所述探头组件包括若干个自上而下依次置于测斜管内的气动探头，相邻气动探头通过中空软管一相连通，且相邻气动探头通过置于中空软管一内的电线信号连接；位于最上方的气动探头通过中空软管二连接三通接头，所述气源泵与所述三通接头的其中一端相连通，所述测读仪通过依次穿过三通接头另一端和中空软管二内的电线与位于最上方的气动探头信号连接；其优点在于，用于解决现有的探头装置效率低、测量精度难以控制和越来越不适应现代施工测量的高效、高质量、高精度、自动化要求的难题。

Description

一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法

技术领域

本发明属于建筑施工领域，尤其是涉及一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法。

背景技术

随着城市化进程的快速发展，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。基坑开挖必然会破坏土体原始平衡状态，为了建立起新的平衡，基坑周围的土体、建筑物和埋设物也必然会对基坑围护墙的结构墙体(简称基坑围护墙，例如地下连续墙)等进行挤压，从而造成基坑围护墙产生一定的变形，当这种变形超过一定的安全极限时，就会对基坑本身和周围保护目标造成严重的破坏，严重的可能会发生崩塌、突涌等严重的安全事故。所以为了保障基坑施工的安全，必须在基坑施工过程中要对基坑围护墙进行检测，以便于对基坑的安全状态做出评价，采取有效的措施确保基坑本身、保护目标和相关施工人员的安全。

目前基坑变形监测手段主要是采用测斜仪进行检测。现有的测斜仪主要由探头、测读仪、电缆和测斜管四部分组成；所述测读仪可读取探头的测量数据，保存和处理测量数据并对探头供电，测斜管预埋于基坑围护墙内，探头位于测斜管内，探头通过电缆与测读仪连接；使用时，通过人工上提或者下放电缆，将探头分别放置于所述测斜管的不同位置，来分别测量所述测斜管的不同位置的变形情况。一方面，探头包括两组导轮导向机构与安装有测斜仪线路板的主体结构，每组导轮导向机构包括导轮连接杆、两个导轮以及一个扭簧，扭簧安装在导轮连接杆的中心，安装初始状态，使扭簧一定的扭转角度，此时，扭簧就会给导轮连接杆施加一个确定的初始预紧力矩。在实际工程中，根据工程性质区别和不同要求，测斜工作时，通过外力将探头插入测斜管，在测斜管的限制下，使导轮导向机构中的扭簧进一步产生扭转，此时扭簧增加预紧力矩，因此扭簧最终产生的预紧力矩为初始预紧力矩和增加预紧力矩之和；由于预紧力矩的存在就会造成影响探头下放提拉过程中，探头受到额外的摩擦力，从而影响探头顺利的下放和提拉，增加操作人员的劳动强度。另一方面，现有的人工提拉检测方法，由于过度依赖人工，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。

综上所述，为了提高测斜的效率和精度，研究并设计出一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测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

本发明目的是：提供一种地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法，以解决现有的探头装置效率低、测量精度难以控制和越来越不适应现代施工测量的高效、高质量、高精度、自动化要求的难题。

本发明的技术方案是：一种地下围护结构体变形实时监测系统，包括气源泵，测读仪，预埋于基坑围护墙内的测斜管，以及置于测斜管内的探头组件；

所述探头组件包括若干个自上而下依次置于测斜管内的气动探头，相邻气动探头通过中空软管一相连通，且相邻气动探头通过置于中空软管一内的电线信号连接；位于最上方的气动探头通过中空软管二连接三通接头，所述气源泵与所述三通接头的其中一端相连通，所述测读仪通过依次穿过三通接头另一端和中空软管二内的电线与位于最上方的气动探头信号连接。

作为优选的技术方案，所述气动探头包括上下对称设置的两气动活塞体，设于两气动活塞体之间的测斜模块，以及若干个连接两气动活塞体的拉紧螺杆；

所述测斜模块的两端分别通过过渡钢管与两气动活塞体相连通，在位于上方的气动活塞体上部和位于下方的气动活塞体下部各连接有一直通接头，并在每个直通接头内安装有一中空接头，所述中空接头通过电线与所述测斜模块信号连接；位于最上方的直通接头与中空软管二相连通，位于中间位置的直通接头与相邻的中空软管一相连通，位于最下方的直通接头通过盖帽密封，同时所述中空接头与相邻的中空软管一或中空软管二内的电线信号连接。

作为优选的技术方案，所述气动活塞体包括整体式缸体，上下贯穿整体式缸体的中心孔，以及若干个等分设于整体式缸体周壁上的阶梯沉孔；

所述阶梯沉孔通过小孔与所述中心孔相连通，并在每个阶梯沉孔内置有活塞块、压缩弹簧、端盖以及活塞杆，且所述活塞块、所述压缩弹簧、所述端盖自内向外依次套装于活塞杆上，并在所述活塞杆的外侧端安装有一橡胶块。

作为优选的技术方案，在所述阶梯沉孔上、位于端盖的外侧设有一卡槽，并在所述卡槽上安装有一孔用挡圈。

作为优选的技术方案，所述整体式缸体采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有若干个平面，所述阶梯沉孔的出口端一一对应设于该平面上，其中平面的个数为2、3或4个。

作为优选的技术方案，所述测斜模块包括连接套、仪器座以及安装在仪器座中心位置的测斜PCB板；所述连接套上端、下端分别与位于上方的过渡钢管和仪器座固定，所述仪器座下端与位于下方的过渡钢管固定。

作为优选的技术方案，所述气源泵通过输气管线与所述三通接头的其中一端相连通，并在所述输气管线上安装有截止阀和压力表。

作为优选的技术方案，所述测读仪通过快插接头与从三通接头另一端穿出的电线相连接。

一种如上述地下围护结构体变形实时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：首先通过三通接头、中空软管二将气源泵、测读仪和位于最上方的气动探头连接好，再用中空软管一将剩余的气动探头串联在第一个气动探头后组成探头组件；

步骤2：将步骤1中的探头组件放入预埋于基坑围护墙的测斜管内；

步骤3：启动气源泵，并向探头组件中的所有气动探头充入压缩空气，气动探头内的活塞块和活塞杆向外侧移动，受测斜管内管壁的尺寸限制，活塞杆外侧端的橡胶块顶住测斜管内壁并与内管壁形成正压力和静摩擦力，通过位于不同位置的测斜模块测量测斜管内不同位置的变形情况；

步骤4：监测整个系统内压缩空气的压力，若大于等于设定的最高压力，关闭截止阀，关闭气源泵，进行系统保压；若小于等于设定的最低压力，启动气源泵，打开截止阀，进行系统补压；

步骤5：判断基坑围护墙变形监测工作是否需要继续进行，如果需要继续进行，转到步骤4；如果监测工作已经结束，转到步骤6；

步骤6：从测斜管中拉出探头组件。

本发明的优点是：

1.本发明地下围护结构体变形实时监测系统和监测方法通过位于不同位置的测斜模块测量测斜管内不同位置的变形情况，即实时监控取代了现有人工提拉探测法，解放了操作工人，提高了探测的工作效率；同时本发明提供的监测方法可以实现自动监测、自动读取监测数据，可以避免人为操作产生的误差，提高了监测工作的效率和质量；

2.本发明地下围护结构体变形实时监测系统采用气压式结构，不仅结构更简单，制造维护更便捷，而且气动探头在充入压缩空气前与测斜管之间存在一定间隙，方便探头组件下放和提拉，使变形监测操作更容易实施。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明气动探头的结构剖视图；

图3为本发明实施例1中气动活塞体的结构示意图；

图4为本发明实施例1中气动活塞体的结构剖视图；

图5为本发明实施例2中气动活塞体的结构剖视图；

图6为本发明实施例3中气动活塞体的结构剖视图；

其中：1气源泵，2测读仪，3测斜管；

4气动探头，41气动活塞体，411整体式缸体，412中心孔，413阶梯沉孔，414小孔，415活塞块，416压缩弹簧，417端盖，418活塞杆，419橡胶块，4110卡槽，4111孔用挡圈，4112平面；

42测斜模块，421连接套，422仪器座，423测斜PCB板；

43拉紧螺杆，44过渡钢管，45直通接头，46中空接头；

5中空软管一，6中空软管二，7三通接头，8盖帽，9输气管线，10截止阀，11压力表，12快插接头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基坑围护墙全自动测斜系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1：参照图1至图4所示，一种地下围护结构体变形实时监测系统，包括气源泵1，测读仪2，预埋于基坑围护墙内的测斜管3，以及置于测斜管内的探头组件；该探头组件包括若干个自上而下依次置于测斜管3内的气动探头4，相邻气动探头4通过中空软管一5相连通，且相邻气动探头4通过置于中空软管一5内的电线信号连接，从而实现每个气动探头4测得的变形数据能够一级一级向上传，最终传输给测读仪2；位于最上方的气动探头4通过中空软管二6连接三通接头7，气源泵1通过输气管线9与三通接头7的其中一端相连通，并在输气管线9上安装有截止阀10和压力表11，其中截止阀10用于输气管线9的通断，压力表11用于输气管线9内压缩空气的压力值，测读仪2通过依次穿过三通接头7另一端和中空软管二6内的电线与位于最上方的气动探头4信号连接，且该测读仪2通过快插接头12与从三通接头7另一端穿出的电线相连接，该快插接头12的一端通过电线与测读仪2相连，而快速接头12的另一端通过布置在中空软管二6(非标长度综合软管)内的电线与位于最上方的气动探头4相连，使得气动探头4监测到变形情况能够传输给测读仪2，然后该测读仪2读取和显示变形数据。

本发明的气动探头4包括上下对称设置的两气动活塞体41，设于两气动活塞体41之间的测斜模块42，以及四个连接两气动活塞体41的拉紧螺杆43；其中测斜模块42的两端分别通过过渡钢管44与两气动活塞体41相连通，在位于上方的气动活塞体41上部和位于下方的气动活塞体41下部各采用密封R螺纹连接有一直通接头45，并在每个直通接头45内安装有一中空接头46，中空接头46通过电线与测斜模块42信号连接；位于最上方的直通接头45与中空软管二6采用螺纹连接，位于中间位置的直通接头45与相邻的中空软管一5采用螺纹连接，从而实现相邻气动探头4之间快速连接和拆解，同时位于最下方的直通接头45通过盖帽8密封，通用性设计使得气动探头标准化，同时为了保证整套系统正常工作，盖帽8密封保证了系统的密封性；同时中空接头46与相邻的中空软管一5或中空软管二6内的电线信号连接，其中中空软管一5采用标准长度综合软管，中空软管二6采用非标长度综合软管。

本发明的气动活塞体41包括呈中空圆柱结构设置的整体式缸体411，上下贯穿整体式缸体411的中心孔412，以及四个等分设于整体式缸体411周壁上的平面4112，阶梯沉孔413的出口端一一对应设于该平面4112上，且每个阶梯沉孔413均通过小孔414与中心孔412相连通，并在每个阶梯沉孔413内置有活塞块415、压缩弹簧416、端盖417以及活塞杆418，且活塞块415、压缩弹簧416、端盖417自内向外依次套装于活塞杆418上，并在活塞杆418的外侧端安装有一橡胶块419，同时在阶梯沉孔413上、位于端盖417的外侧设有一卡槽4110，并在卡槽4110上安装有一孔用挡圈4111。

本发明的测斜模块42包括连接套421、仪器座422以及安装在仪器座422中心位置的测斜PCB板423；连接套421上端、下端分别与位于上方的过渡钢管44和仪器座422固定，仪器座422下端与位于下方的过渡钢管44固定，并在测斜PCB板423的两侧充填多孔材料，多孔材料可以将上下两空腔区域连通，保证压缩空气可以顺利通过，同时为了防止压缩空气泄露，在各个连接位置都设置了密封装置，如密封圈。

上述地下围护结构体变形实时监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤1：根据实际工程基坑围护结构测斜要求，选择合适的气源泵1、中空软管二6(非标长度综合软管)的长度、中空软管一5(标准长度综合软管)的长度和数量以及气动探头4的数量，首先通过三通接头7、中空软管二6将气源泵1、测读仪2和位于最上方的气动探头4连接好，再用中空软管一5将剩余的气动探头4串联在第一个气动探头4后组成探头组件；

步骤2：将步骤1中的探头组件放入预埋于基坑围护墙的测斜管3内，并按要求调整最上方的气动探头放入深度；

步骤3：启动气源泵1，并向探头组件中的所有气动探头4充入压缩空气，气动探头4内的活塞块415和活塞杆418向外侧移动，受测斜管3内管壁的尺寸限制，活塞杆418外侧端的橡胶块419顶住测斜管3内壁并与内管壁形成正压力和静摩擦力，通过位于不同位置的测斜模块42测量测斜管3内不同位置的变形情况；

步骤4：通过压力表11监测整个系统内压缩空气的压力，若大于等于设定最高压力，关闭截止阀10，关闭气源泵1，进行系统保压；若小于等于设定最低压力，启动气源泵1，打开截止阀10，进行系统补压；

步骤5：判断基坑围护墙变形监测工作是否需要继续进行，如果需要继续进行，转到步骤4；如果监测工作已经结束，转到步骤6；

步骤6：从测斜管3中拉出探头组件，拆除地下围护结构体变形实时监测系统，便于重复利用，节省成本。

实施例2：参照图5所示，整体式缸体411采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有三个平面4112，阶梯沉孔413的出口端一一对应设于该平面4112上，且每个阶梯沉孔413均通过小孔414与中心孔412相连通，并在每个阶梯沉孔413内置有活塞块415、压缩弹簧416、端盖417，活塞杆418以及孔用挡圈4111。

实施例3：参照图6所示，整体式缸体411采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有二个平面4112，阶梯沉孔413的出口端一一对应设于该平面4112上，且每个阶梯沉孔413均通过小孔414与中心孔412相连通，并在每个阶梯沉孔413内置有活塞块415、压缩弹簧416、端盖417，活塞杆418以及孔用挡圈4111。

综上所述，本发明提供的地下围护结构体变形实时监测系统及其监测方法，结构设计巧妙，具有应用范围广、测量精度高、结构简单、制造成本低和维护方便等优点，解决了现有测斜装置下放和提拉不便，适用性低，不能实现自动监测等弊端，更能适应现代建筑施工领域对高质量、高效率、低成本的要求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种地下围护结构体变形实时监测系统，包括气源泵(1)，测读仪(2)和预埋于基坑围护墙内的测斜管(3)，其特征在于，还包括置于测斜管(3)内的探头组件；

所述探头组件包括若干个自上而下依次置于测斜管(3)内的气动探头(4)，相邻气动探头(4)通过中空软管一(5)相连通，且相邻气动探头(4)通过置于中空软管一(5)内的电线信号连接；位于最上方的气动探头(4)通过中空软管二(6)连接三通接头(7)，所述气源泵(1)与所述三通接头(7)的其中一端相连通，所述测读仪(2)通过依次穿过三通接头(7)另一端和中空软管二(6)内的电线与位于最上方的气动探头(4)信号连接。

2.根据权利要求1所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述气动探头(4)包括上下对称设置的两气动活塞体(41)，设于两气动活塞体(41)之间的测斜模块(42)，以及若干个连接两气动活塞体(41)的拉紧螺杆(43)；

所述测斜模块(42)的两端分别通过过渡钢管(44)与两气动活塞体(41)相连通，在位于上方的气动活塞体(41)上部和位于下方的气动活塞体(41)下部各连接有一直通接头(45)，并在每个直通接头(45)内安装有一中空接头(46)，所述中空接头(46)通过电线与所述测斜模块(42)信号连接；位于最上方的直通接头(45)与中空软管二(6)相连通，位于中间位置的直通接头(45)与相邻的中空软管一(5)相连通，位于最下方的直通接头(45)通过盖帽(8)密封，同时所述中空接头(46)与相邻的中空软管一(5)或中空软管二(6)内的电线信号连接。

3.根据权利要求2所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述气动活塞体(41)包括整体式缸体(411)，上下贯穿整体式缸体(411)的中心孔(412)，以及若干个等分设于整体式缸体(411)周壁上的阶梯沉孔(413)；

所述阶梯沉孔(413)通过小孔(414)与所述中心孔(412)相连通，并在每个阶梯沉孔(413)内置有活塞块(415)、压缩弹簧(416)、端盖(417)以及活塞杆(418)，且所述活塞块(415)、所述压缩弹簧(416)、所述端盖(417)自内向外依次套装于活塞杆(418)上，并在所述活塞杆(418)的外侧端安装有一橡胶块(419)。

4.根据权利要求3所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，在所述阶梯沉孔(413)上、位于端盖(417)的外侧设有一卡槽(4110)，并在所述卡槽(4110)上安装有一孔用挡圈(4111)。

5.根据权利要求3所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述整体式缸体(411)采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有若干个平面(4112)，所述阶梯沉孔(413)的出口端一一对应设于该平面(4112)上，其中平面(4112)的个数为2、3或4个。

6.根据权利要求2所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述测斜模块(42)包括连接套(421)、仪器座(422)以及安装在仪器座(422)中心位置的测斜PCB板(423)；所述连接套(421)上端、下端分别与位于上方的过渡钢管(44)和仪器座(422)固定，所述仪器座(422)下端与位于下方的过渡钢管(44)固定。

7.根据权利要求1所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述气源泵(1)通过输气管线(9)与所述三通接头(7)的其中一端相连通，并在所述输气管线(9)上安装有截止阀(10)和压力表(11)。

8.根据权利要求1所述的地下围护结构体变形实时监测系统，其特征在于，所述测读仪(2)通过快插接头(12)与从三通接头(7)另一端穿出的电线相连接。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的地下围护结构体变形实时监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先通过三通接头(7)、中空软管二(6)将气源泵(1)、测读仪(2)和位于最上方的气动探头(4)连接好，再用中空软管一(5)将剩余的气动探头(4)串联在第一个气动探头(4)后组成探头组件；

步骤2：将步骤1中的探头组件放入预埋于基坑围护墙的测斜管(3)内；

步骤3：启动气源泵(1)，并向探头组件中的所有气动探头(4)充入压缩空气，气动探头(4)内的活塞块(415)和活塞杆(418)向外侧移动，活塞杆(418)外侧端的橡胶块(419)顶住测斜管(3)内壁并与内管壁形成正压力和静摩擦力，并通过位于不同位置的测斜模块(42)测量测斜管(3)内不同位置的变形情况；

步骤4：监测整个系统内压缩空气的压力，若大于等于设定的最高压力，关闭截止阀(10)，关闭气源泵(1)，进行系统保压；若小于等于设定的最低压力，启动气源泵(1)，打开截止阀(10)，进行系统补压；

步骤5：判断基坑围护墙变形监测工作是否需要继续进行，如果需要继续进行，转到步骤4；如果监测工作已经结束，转到步骤6；

步骤6：从测斜管(3)中拉出探头组件。