CN108132050B - 暗挖幕架体系监测系统和监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种暗挖幕架体系监测系统和监测方法。所述暗挖幕架体系监测系统包括多个第一棱镜、多个第二棱镜、横向轨道、监测部和数据分析部。第一棱镜设置于工作井的井壁上，第二棱镜分别设置于钢管桩和临时支撑，横向轨道设置于工作井并沿掘进方向延伸；监测部设置于横向轨道并沿横向轨道滑动，监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置；数据分析部与通信装置连接。上述暗挖幕架体系监测系统能够实现实时自动测量和数据分析的自动化，并且整个监测系统只需一台全站仪，仪器利用率高，有利于节约施工成本。采用上述暗挖幕架体系监测系统的监测方法步骤简单，无需现场直接操作，提高了人员的工作效率。

Description

暗挖幕架体系监测系统和监测方法

技术领域

本发明涉及工程测量领域，特别是涉及暗挖幕架体系监测系统和监测方法。

背景技术

为了充分利用中心城区既有公共设施下方的地下空间，有效控制地表变形并能减小施工对地面的影响。一般采用盾构、顶管、管幕等非开挖技术进行地下施工。然而，盾构、顶管由于受到设备、结构截面尺寸及成本的限制，不能满足大断面空间开挖的要求。

暗挖幕架体系施工能进行多层施工，适应多种开挖断面形式。一般地，幕架体系暗挖施工方法的主要步骤为：首先在地下空间上方通过微型顶管顶进钢管形成管幕，冻结管幕下方土体进行加固，随后对加固土体进行放坡逐步开挖，施工临时支撑和钢管柱竖向支撑。然后，焊接钢管桩支撑形成首层幕架体系。最后，采用同样施工步骤施工二、三次幕架体系，浇筑底板后最终形成整个幕架结构。

在暗挖幕架施工期间需要选择合适的监测方法以对整个施工过程进行监控。通过测量数据优化放坡开挖量和临时支撑拆除时机对施工环境影响控制至关重要。一般地，暗挖测量方法包括水准测量方法和固定式测量方法。然而，水准测量方法需要人工测量和数据分析，测量次数和及时性不能满足施工方法的要求。固定式测量方法每层必须布置一台全站仪，存在仪器利用率较低和成本较高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对测量次数和及时性不能满足施工方法的要求以及仪器利用率低且成本较高问题，提供一种能够实时监测、高效且仪器利用率高的暗挖幕架体系监测系统和监测方法。

一种暗挖幕架体系监测系统，包括：

多个第一棱镜，设置于工作井的井壁上；

多个第二棱镜，分别设置于钢管桩和临时支撑；

横向轨道，设置于所述工作井并沿掘进方向延伸；

监测部，设置于所述横向轨道并沿所述横向轨道滑动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述全站仪设置于所述平台板，所述提升装置与所述平台板连接，所述平台板与所述竖向导轨连接并通过所述提升装置沿所述竖向导轨移动；

数据分析部，与所述通信装置连接。

在一个实施例中，所述平台板的形状为矩形，所述竖向导轨包括四根轨道，四根所述轨道设置在所述平台板的四周并与所述平台板垂直。

在一个实施例中，相邻的所述轨道之间设有稳定条，所述稳定条的两端分别与所述轨道连接。

在一个实施例中，所述平台板设有横向水平气泡管和纵向水平气泡管。

在一个实施例中，所述竖向导轨的顶部设有顶板，所述顶板朝向所述平台板的一侧设有摄像头。

在一个实施例中，所述提升装置包括拉索和驱动器，所述拉索与所述平台板连接，所述驱动器与所述拉索连接。

上述暗挖幕架体系监测系统的监测方法，包括以下步骤：

将多个第一棱镜设置于工作井的井壁上作为基准点；

在钢管桩和临时支撑上分别设置多个第二棱镜；

在工作井沿掘进方向铺设横向轨道；

监测部沿所述横向轨道移动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述平台板通过所述提升装置使所述全站仪沿着所述竖向导轨从上至下进行测量，通过扫描所述第二棱镜获得监测数据；

将所述监测数据通过所述通信装置发送至数据分析部，取得所述钢管桩和所述临时支撑的变化量，并对出现的异常值进行预警。

在一个实施例中，所述竖向导轨的顶部设有顶板，所述顶板朝向所述平台板的一侧设有摄像头，所述摄像头用于观察所述平台板的水平状态。

在一个实施例中，在所述监测部沿所述横向轨道移动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述平台板通过所述提升装置使所述全站仪沿着所述竖向导轨从上至下进行测量，通过所述第二棱镜获得监测数据的步骤中，所述测量的测量频率为30分钟-60分钟一次。

在一个实施例中，所述数据分析部与所述通信装置的连接为无线连接。

上述暗挖幕架体系监测系统将多个第一棱镜设置在工作井的井壁上并将第一棱镜作为基准点，然后通过横向轨道和竖向轨道将监测部移动到测量位置，扫描第二棱镜，获得监测数据，然后将该监测数据发送至数据分析部进行分析，监测钢管桩和临时支撑的变化量并对出现的异常值进行预警。上述暗挖幕架体系监测系统能够实现实时自动测量和数据分析的自动化，能够满足施工方法的要求，并且整个监测系统只需一台全站仪，仪器利用率高，有利于节约施工成本。采用上述暗挖幕架体系监测系统的监测方法步骤简单，无需现场直接操作，提高了人员的工作效率。

附图说明

图1为一实施例的暗挖幕架体系监测系统的应用施工图；

图2为一实施例的暗挖幕架体系监测系统的应用施工图；

图3为一实施例的暗挖幕架体系监测系统的监测部的正视图；

图4为图3所示的监测部的俯视图；

图5为一实施例的暗挖幕架体系监测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一实施例的暗挖幕架体系监测系统1包括多个第一棱镜10、多个第二棱镜20、横向轨道、监测部30和数据分析部。第一棱镜10设置于工作井2的井壁上，第二棱镜20分别设置于钢管桩3和临时支撑4，横向轨道设置于工作井2并沿掘进方向延伸；监测部30设置于横向轨道并沿横向轨道滑动，监测部30包括全站仪300、竖向导轨310、平台板320、提升装置330和通信装置，全站仪300设置于平台板320，提升装置330与平台板320连接，平台板320与竖向导轨310连接并通过提升装置330沿竖向导轨310移动；数据分析部与通信装置连接。

上述暗挖幕架体系监测系统1将多个第一棱镜10设置在工作井2的井壁上并将第一棱镜10作为基准点，然后通过横向轨道和竖向导轨310将监测部30移动到测量位置，扫描第二棱镜20，获得监测数据，然后将该监测数据发送至数据分析部进行分析，监测钢管桩3和临时支撑4的变化量并对出现的异常值进行预警。上述暗挖幕架体系监测系统1能够实现实时自动测量和数据分析的自动化，能够满足施工方法的要求，并且整个监测系统只需一台全站仪300，仪器利用率高，有利于节约施工成本。

如图1和图2所示，暗挖幕架体系在施工前工作井2已经施工完成，根据地下结构层数在已经造好的工作井2的始发井的井壁上每层设置两个以上的第一棱镜10作为基准点，在整个测量过程中必须保证工作井2的始发井井壁上的第一棱镜10的位置保持不变。为保证测量的准确性，每层井壁至少设置2-3个第一棱镜10。

在钢管桩3施工完成后，在钢管桩3和临时支撑4上设置第二棱镜20，全站仪300通过扫描第二棱镜20获取钢管桩3和临时支撑4的支撑状态以及形变情况。钢管桩3包括竖向钢管桩和横向钢管桩，对于竖向钢管桩，一般会设置支撑应力补充装置，第二棱镜20宜选取支撑应力补偿装置下方50cm左右。第二棱镜20与钢管桩3和临时支撑4的连接可以采用粘结或者螺栓连接。例如，对于今后需要保留的竖向钢管桩，采用粘结的方式将第二棱镜20与竖向钢管桩连接，以便后续第二棱镜20的拆卸。对于临时支撑4，为确保第二棱镜20的后续使用，可以采用支撑钻孔螺栓连接方式将第二棱镜20与临时支撑4连接。为保证测量结果的准确性，第二棱镜20在整个监测过程中不能发生松动和位移。

在工作井2靠近通道口的位置设置横向轨道，横向轨道沿掘进方向延伸。监测部30可以沿着横向轨道滑动，进而使得监测部30可以移至工作井2内的不同位置。如图3所示，在本实施例中，监测部30的底部设有两个滚轮32，监测部30通过滚轮32在横向轨道上移动。横向轨道包括两条导轨，两条导轨之间的间距与两个滚轮32之间的间距匹配。另外，横向轨道的放置点地面必须进行局部加固处理，例如，可以采用局部水泥铺设，用于铺设轨道的水泥表面必须保持平整，以确保监测部30移动的平稳性。在一实施例中，还包括遥控装置，所述遥控装置与所述滚轮32连接。可以通过遥控装置控制滚轮32的前进和后退，进而实现监测部30的自动行走。

监测部30包括平台板320、竖向导轨310、全站仪300、提升装置330和通信装置。全站仪300位于平台板320上并通过提升装置330沿竖向导轨310上下移动，进而实现对不同层的暗挖幕架进行监测。如图3和图4所示，在本实施例中，平台板320的形状为矩形，竖向导轨310包括四根轨道312，四根轨道312设置在平台板320的四周并与平台板320垂直。平台板320的四个顶角处均设有滑轮322，四条轨道312分别设置在平台板320的四个顶角处，平台板320通过滑轮322在轨道312上移动，进而实现平台板320的上下移动。四条轨道312将平台板320围设起来，保证了平台板320在竖向导轨310上移动时的稳定性。在本实施例中，平台板320的形状为正方形，边长为30-40厘米，厚度为3-5mm。

更进一步地，如图3所示，在本实施例中，相邻的轨道312之间设有稳定条314，稳定条314的两端分别与轨道312连接。竖向导轨310在使用一段时间后，由于重力的作用，可能会使得轨道312之间的距离发生变化。采用稳定条314将两条轨道312连接起来，可以使得轨道312之间的距离保持不变。稳定条314的数量可以根据实际情况进行选择，例如，当竖向导轨310较长时，可以选择较多的数量的稳定条314；而当竖向导轨310较短时，稳定条314的数量也可以相应减少。在本实施例中，每隔1.5米在相邻的轨道312之间焊接一根稳定条314。稳定条314的两端分别与竖向导轨310的轨道312垂直。另外，在本实施例中，稳定条314为角钢。

请同时参阅图3和图4，在本实施例中，平台板320设有横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326。在整个测量过程中，可以观察平台板320上横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326的中气泡的位置，进而判断平台板320是否处于水平状态。更进一步地，在本实施例中，竖向导轨310的顶部设有顶板316，顶板316朝向平台板320的一侧设有摄像头318。摄像头318可以清楚地观察平台板320上的横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326中气泡是否居中，进而实现自动监测，无需人工观察，提高了监测的自动化程度。在本实施例中，横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326的长度为25厘米。

如图3所示，在本实施例中，提升装置330包括拉索332和驱动器334，拉索332与平台板320连接，驱动器334与拉索332连接。驱动器334驱动拉索332运动，进而带动平台板320运动。如图4所示，在本实施例中，平台板320上设有索环336，拉索332通过索环336与平台板320连接。在顶板316的下方设有导向轮338，拉索332一端围绕在在驱动器334上，另一端绕过导向轮338与平台板320上的索环336连接。通过控制驱动器334的转动控制拉索332的释放和收紧，进而实现平台板320的上升和下降。另外，提升装置330还可以包括电动机，电动机与驱动器334连接，控制驱动器334的转动。更进一步地，在本实施例中，电动机与监测部30底部的滚轮32连接，可以控制滚轮32进行顺时针旋转或逆时针旋转，进而调整平台板320的水平状态。在本实施例中，索环336的数量为四个，分别设置在平台板320的四个顶角处。其中，拉索332的数量也为四条。在本实施例中，索环336的形状为圆形，直径为8厘米。

当全站仪300通过拉索332的释放和收紧沿着竖向导轨310从上至下进行自动测量，到达测量高度后，测量人员通过摄像头318观察平台板320上横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326的气泡是否居中。如果不居中，调整监测部30底部的滚轮32进行微转，确保平台板320水平。调平后，首先对该层的第一棱镜10进行测量，然后扫描该层的第二棱镜20，获得监测数据。在监测过程中如出现遮挡情况，则自动跳过，并在测量结果中进行标注。随着钢管桩3和临时支撑4的不断架设，测量对象会逐渐增加，可以每两天设置一次自动测量的顺序，以保住测量结构的准确性和全面性。

每次测量完毕后得到的监测数据通过通信装置传送给数据分析部，数据分析部对监测数据进行汇总。其中，监测数据的传播方法可以选择WIFI数据传输或GPRS数据传输。当数据分析部与全站仪300的距离小于50米时，可以选择WIFI进行数据传输，反之，则使用GPRS进行数据传输。通过后台测量处理程序，数据分析部可以自动显示每次测量结构，对未测处点位进行标示。其中，后台测量处理程序能计算每次监测变化量、变化累计量和日变化量，并在出现异常值时进行预警。

以下对上述暗挖幕架体系的监测方法进行说明。

如图1-5所示，一实施例的暗挖幕架体系监测方法包括以下步骤：

步骤S500，将多个第一棱镜10设置于工作井2的井壁上作为基准点。根据地下结构层数造好工作井2后，在每层的工作井2井壁上均设置第一棱镜10。为确保测量的准确性，一般会在每层设置2-3个第一棱镜10，以将地面监测控制网引至第一棱镜10上，在整个测量过程中要保证第一棱镜10的位置保持不变。

步骤S510，在钢管桩3和临时支撑4上分别设置多个第二棱镜20。钢管桩3包括竖向钢管桩和横向钢管桩，在竖向钢管桩和横向钢管桩上均设置第二棱镜20，以保证测量的全面性。

步骤S520，在工作井2沿掘进方向铺设横向轨道。横向轨道铺设在工作井2靠近通道口处。

步骤S530，监测部30沿横向轨道移动，监测部30包括全站仪300、竖向导轨310、平台板320、提升装置330和通信装置，平台板320通过提升装置330使全站仪300沿着竖向导轨310从上至下进行测量，通过扫描第二棱镜20获得监测数据。监测部30的底部设有两个滚轮32，两个滚轮32之间的距离与横向轨道匹配，使得监测部30可以沿着横向轨道移动。

更进一步地，在本实施例中，竖向导轨310的顶部设有顶板316，顶板316朝向平台板320的一侧设有摄像头318，摄像头318用于观察平台板320的水平状态。当全站仪300位于平台板320上时，必须要确保平台板320处于水平，进而使得全站仪300保持水平状态。平台板320上设有横向水平气泡管324和竖向水平气泡管，可以通过摄像头318观察横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326中的气泡的位置进而判断平台板320是否水平，无需人工观察，提高了监测的自动化。

当平台板320处于水平后，监测部30进行自动测量，测量频率宜为30-60分钟一次。通过提升装置330控制全站仪300沿着竖向导轨310从上至下进行自动测量。到达测量高度时，测量人员通过摄像头318观察平台板320上横向水平气泡管324和纵向水平气泡管326内的气泡是否居中，如果不居中，需要对平台板320进行调平，最终确保平台板320水平，调平后首先对该层第一棱镜10进行扫描，然后扫描该层的第二棱镜20，获得监测数据。随着钢管桩3和临时支撑4的不断架设，第二棱镜20的数量也会逐渐增加，应当每两天设置一次自动测量的顺序以保证测量的准确性。

步骤S540，将监测数据通过通信装置发送至数据分析部，确定钢管桩3和临时支撑4的变化量，并对出现的异常值进行预警。全站仪300在每次测量完毕后将数据传输到数据分析部进行汇总。在本实施例中，数据分析部与通信装置的连接为无线连接，例如，可以为WIFI连接或者GPRS连接。通过后台处理程序，数据分析部能够自动显示每次测量结果，并计算每次监测的变化量，对出现的异常值进行预警，以便及时得知钢管桩3和临时支撑4的使用状态和形变情况。

上述暗挖幕架体系监测方法使用一台全站仪进行多层幕架结构的监测，仪器使用高效化，并且整个监测方法无需现场操作，提高了人员的工作效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，包括：

多个第一棱镜，设置于工作井的井壁上；

多个第二棱镜，分别设置于钢管桩和临时支撑；

横向轨道，设置于所述工作井并沿所述工作井的掘进方向延伸；

监测部，设置于所述横向轨道并沿所述横向轨道滑动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述全站仪设置于所述平台板，所述提升装置与所述平台板连接，所述平台板与所述竖向导轨连接并通过所述提升装置沿所述竖向导轨移动；

数据分析部，与所述通信装置连接。

2.根据权利要求1所述的暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，所述平台板的形状为矩形，所述竖向导轨包括四根轨道，四根所述轨道设置在所述平台板的四周并与所述平台板垂直。

3.根据权利要求2所述的暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，相邻的所述轨道之间设有稳定条，所述稳定条的两端分别与所述轨道连接。

4.根据权利要求1所述的暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，所述平台板设有横向水平气泡管和纵向水平气泡管。

5.根据权利要求4所述的暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，所述竖向导轨的顶部设有顶板，所述顶板朝向所述平台板的一侧设有摄像头。

6.根据权利要求1所述的暗挖幕架体系监测系统，其特征在于，所述提升装置包括拉索和驱动器，所述拉索与所述平台板连接，所述驱动器与所述拉索连接。

7.一种暗挖幕架体系监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多个第一棱镜设置于工作井的井壁上作为基准点；

在钢管桩和临时支撑上分别设置多个第二棱镜；

在工作井沿所述工作井的掘进方向铺设横向轨道；

监测部沿所述横向轨道移动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述平台板通过所述提升装置使所述全站仪沿着所述竖向导轨从上至下进行测量，通过扫描所述第二棱镜获得监测数据；

将所述监测数据通过所述通信装置发送至数据分析部，取得所述钢管桩和所述临时支撑的变化量，并对出现的异常值进行预警。

8.根据权利要求7所述的暗挖幕架体系监测方法，其特征在于，所述竖向导轨的顶部设有顶板，所述顶板朝向所述平台板的一侧设有摄像头，所述摄像头用于观察所述平台板的水平状态。

9.根据权利要求7所述的暗挖幕架体系监测方法，其特征在于，在所述监测部沿所述横向轨道移动，所述监测部包括全站仪、竖向导轨、平台板、提升装置和通信装置，所述平台板通过所述提升装置使所述全站仪沿着所述竖向导轨从上至下进行测量，通过所述第二棱镜获得监测数据的步骤中，所述测量的测量频率为30分钟-60分钟一次。

10.根据权利要求7所述的暗挖幕架体系监测方法，其特征在于，所述数据分析部与所述通信装置的连接为无线连接。

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