CN111457889A - 一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，涉及地铁隧道的沉降监测技术领域。该光纤式静力水准仪，包括传感器固定板，所述传感器固定板的顶部固定有壳体，所述壳体的内部靠近顶部边缘处通过内六角稳固螺丝固定有圆环块，且圆环块的内部固定有温补光栅。该光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，光纤静力水准仪除了具有一般静力水准仪所具有的特点之外，其光纤光栅和钢片连接体组合成夹持装置，会使得静力水准仪使用长期稳定，使用时间可达五年以上，同时在使用上，采用光纤静力水准仪对地铁隧道的沉降进行监测，可以有效的提高地铁隧道的沉降监测的使用空间，提高经济性和适用性。

Description

一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道的沉降监测技术领域，特别的为一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法。

背景技术

地铁隧道的沉降监测是地下空间健康监测的一个重要分支，也是近年来国内外专家广泛而深入研究的课题。地铁隧道位于地下，结构复杂程度高，监测难度大，且监测工程量较大，传统的监测手段难以满足地铁隧道的安全监测。所以，开发一种有效的新型监测方法是当务之急，众多国内外专家也在致力于研究一种行之有效的监测方案，用于保证地铁隧道的正常运营，以及指导地铁隧道沿线的建筑施工。

目前，对地下结构的健康监测基本都是使用传统监测手段如半自动光学仪器等进行监测，传统的监测手段虽然起步较早，但由于其设备和测量方法都具有一定的缺陷，使得测量精度和应用范围都有一定的局限性。国内外专家通过科学研究，也提出了一些新型的监测手段，用于地下空间结构的健康监测。但大多都处于试验性阶段，考虑到经济性和适用性，都没有得到广泛应用，在地铁既有线路正常运营期间，传统监测技术无法在高密度的行车区间内实施作业，不能满足对大量数据采集、分析并及时准确反馈的要求。

发明内容

本发明提供的发明目的在于提供一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，该解决上述背景技术中的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种光纤式静力水准仪，包括传感器固定板，所述传感器固定板的顶部固定有壳体，所述壳体的内部靠近顶部边缘处通过内六角稳固螺丝固定有圆环块，且圆环块的内部固定有温补光栅，所述温补光栅的底部通过轴承转动连接有圆块，且圆块的顶部转动连接有光纤光栅和钢片连接体，并且圆块的底部固定有钢丝绳，所述温补光栅的底部靠近一侧安装有光纤传感元件，所述钢丝绳的底部固定有浮球，所述传感器固定板的底部靠近边缘处沿圆周方向等距固定有四个传感器固定杆，且传感器固定杆的顶端延伸至传感器固定板的上方，所述传感器固定杆的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝，所述传感器固定杆的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝，所述传感器固定板的底部中心处固定有传感器连接水管，且传感器连接水管的顶端延伸至壳体的内部，所述壳体的一侧外表面靠近顶部和底部边缘处均连通有弯头连接管，且两个弯头连接管之间通过软管连通。

进一步的，两个所述弯头连接管上设置有刻度尺。

进一步的，所述浮球为圆柱状。

一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，包括有如下步骤：

S1、确定地铁隧道沿线各车站结构设计信息、车站场地的土层划分信息、各层土的土体特性。

S2、选择位于地铁隧道施工影响范围内且需要进行沉降监测的位置作为沉降监测的稳定的水平基点和选择需要进行参考对比的参考水平基点。

S3、选择多个稳定的水平基点，并在每个稳定的水平基点上固定光纤静力水准仪，并在参考水平基点上固定监测传感器。

S4、在影响范围内工程施工完毕且监测数据稳定时止，监测数据显示变形尚不稳定，应继续观测一个月直至变形稳定为止。

S5、在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。

S6、通过现场监测取得的数据和与之相关的其它资料的搜集、记录等，并将量测值传输到数据库管理系统，每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统。

S7、采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对地铁隧道沉降的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

进一步的，根据S4中的操作步骤，所述光纤静力水准仪由一系列高精度的光纤光栅罐状传感器组成，传感器之间由传感器连接水管连通，当测量点相对参考点发生沉降时，液体通过传感器连接水管流入光纤静力水准仪，会导致其内部浮球的浮力增加。浮力变化可通过粘贴在悬臂梁上的温补光栅测定，从而监测到测量点的沉降值。

进一步的，在根据S4中的操作步骤中，所有稳定的水平基点、参考水平基点和光纤静力水准仪与监测传感器的安装埋设均在基坑开挖前及影响范围内工程桩施工前完成，并测试各项初始值。

进一步的，在根据S6中的操作步骤中，对现场多个光纤静力水准仪监测的沉降值取平均值进行数据分析。

本发明提供了一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法。具备以下有益效果：

该光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，光纤静力水准仪除了具有一般静力水准仪所具有的特点之外，其光纤光栅和钢片连接体组合成夹持装置，会使得静力水准仪使用长期稳定，使用时间可达五年以上，同时在使用上，采用光纤静力水准仪对地铁隧道的沉降进行监测，可以有效的提高地铁隧道的沉降监测的使用空间，提高经济性和适用性，同时在地铁既有线路正常运营期间，可以对高密度的行车区间内实施作业，满足对大量数据采集、分析并及时准确反馈。

附图说明

图1为本发明的光纤静力水准仪的内部俯视图；

图2为本发明的光纤静力水准仪的局部剖视图；

图3为本发明的光纤静力水准仪的局部立体图；

图4为本发明的光纤静力水准仪的立体图；

图5为本发明的光纤静力水准仪的光纤光栅和钢片连接体俯视图。

图中：1、壳体；2、内六角稳固螺丝；3、传感器固定螺丝；4、温补光栅；5、光纤光栅和钢片连接体；6、弯头连接管；7、传感器固定板；8、浮球；9、传感器固定杆；10、传感器连接水管；11、钢丝绳；12、光纤传感元件。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

参照图1-5：一种光纤式静力水准仪，包括传感器固定板7，传感器固定板7的顶部固定有壳体1，通过传感器固定板7可以对壳体1的位置进行固定，壳体1的内部靠近顶部边缘处通过内六角稳固螺丝2固定有圆环块，且圆环块的内部固定有温补光栅4，通过内六角稳固螺丝2从而可以对圆环块的位置进行固定，通过圆环块可以对温补光栅4的位置进行安装固定，温补光栅4可以剔除温度对沉降传感器的灵敏度、精度影响，提高传感器的可靠性，温补光栅4的底部通过轴承转动连接有圆块，且圆块的顶部转动连接有光纤光栅和钢片连接体5，并且圆块的底部固定有钢丝绳11，温补光栅4的底部通过轴承转动连接有圆块，通过圆块从而可以对钢丝绳11和光纤光栅和钢片连接体5的位置固定，光纤光栅和钢片连接体5组合成夹持装置，光纤光栅和钢片连接体5是为传感器的核心器件，具备遇水不脱落等属性，温补光栅4的底部靠近一侧安装有光纤传感元件12，温补光栅4可以对光线传感元件12的位置进行安装固定，钢丝绳11的底部固定有浮球8，通过钢丝绳11从而可以对浮球8的位置进行安装固定，传感器固定板7的底部靠近边缘处沿圆周方向等距固定有四个传感器固定杆9，且传感器固定杆9的顶端延伸至传感器固定板7的上方，传感器固定杆9的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝3，传感器固定杆9的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝3，通过传感器固定板7从而可以对传感器固定杆9的位置进行固定，传感器是采用传感器固定杆9、传感器固定螺丝3将传感器固定在传感器固定板7上，传感器固定板7的底部中心处固定有传感器连接水管10，且传感器连接水管10的顶端延伸至壳体1的内部，传感器连接水管10和传感器连接过程中采用金属胶与防水胶粘贴固定，壳体1的一侧外表面靠近顶部和底部边缘处均连通有弯头连接管6，且两个弯头连接管6之间通过软管连通，通过壳体1可以对两个弯头连接管6的位置进行固定，通过软管可以将两个弯头连接管6进行连通，同时装置整体做到工P67防水等级。

具体地，两个弯头连接管6上设置有刻度尺，两个弯头连接管6具备刻度尺，可以从外部读取获得壳体1内部的液面高度，方便观察调试、维护。

具体地，浮球8为圆柱状，在使用上，可以便于浮球8进行浮动。

一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，包括以下步骤：

步骤一、确定地铁隧道沿线各车站结构设计信息、车站场地的土层划分信息、各层土的土体特性。

步骤二、选择位于地铁隧道施工影响范围内且需要进行沉降监测的位置作为沉降监测的稳定的水平基点和选择需要进行参考对比的参考水平基点。

步骤三、选择多个稳定的水平基点，并在每个稳定的水平基点上固定光纤静力水准仪，并在参考水平基点上固定监测传感器，光纤静力水准仪由一系列高精度的光纤光栅罐状传感器组成，传感器之间由传感器连接水管10连通，当测量点相对参考点发生沉降时，液体通过传感器连接水管10流入光纤静力水准仪，会导致其内部浮球8的浮力增加。浮力变化可通过粘贴在悬臂梁上的温补光栅4测定，从而监测到测量点的沉降值。

步骤四、在影响范围内工程施工完毕且监测数据稳定时止，监测数据显示变形尚不稳定，应继续观测一个月直至变形稳定为止，所有稳定的水平基点、参考水平基点和光纤静力水准仪与监测传感器的安装埋设均在基坑开挖前及影响范围内工程桩施工前完成，并测试各项初始值。

步骤五、在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。

步骤六、通过现场监测取得的数据和与之相关的其它资料的搜集、记录等，并将量测值传输到数据库管理系统，每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统，对现场多个光纤静力水准仪监测的沉降值取平均值进行数据分析。

步骤七、采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对地铁隧道沉降的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

本发明中，该光纤静力水准仪除了具有一般静力水准仪所具有的特点之外，其光纤光栅和钢片连接体组合成夹持装置，会使得静力水准仪使用长期稳定，使用时间可达五年以上，同时在使用上，采用光纤静力水准仪对地铁隧道的沉降进行监测，可以有效的提高地铁隧道的沉降监测的使用空间，提高经济性和适用性，同时在地铁既有线路正常运营期间，可以对高密度的行车区间内实施作业，满足对大量数据采集、分析并及时准确反馈。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (7)

1.一种光纤式静力水准仪，包括传感器固定板(7)，其特征在于：所述传感器固定板(7)的顶部固定有壳体(1)，所述壳体(1)的内部靠近顶部边缘处通过内六角稳固螺丝(2)固定有圆环块，且圆环块的内部固定有温补光栅(4)，所述温补光栅(4)的底部通过轴承转动连接有圆块，且圆块的顶部转动连接有光纤光栅和钢片连接体(5)，并且圆块的底部固定有钢丝绳(11)，所述温补光栅(4)的底部靠近一侧安装有光纤传感元件(12)，所述钢丝绳(11)的底部固定有浮球(8)，所述传感器固定板(7)的底部靠近边缘处沿圆周方向等距固定有四个传感器固定杆(9)，且传感器固定杆(9)的顶端延伸至传感器固定板(7)的上方，所述传感器固定杆(9)的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝(3)，所述传感器固定杆(9)的外表面螺纹套设有传感器固定螺丝(3)，所述传感器固定板(7)的底部中心处固定有传感器连接水管(10)，且传感器连接水管(10)的顶端延伸至壳体(1)的内部，所述壳体(1)的一侧外表面靠近顶部和底部边缘处均连通有弯头连接管(6)，且两个弯头连接管(6)之间通过软管连通。

2.根据权利要求1所述的一种光纤式静力水准仪，其特征在于：两个所述弯头连接管(6)上设置有刻度尺。

3.根据权利要求1所述的一种光纤式静力水准仪，其特征在于：所述浮球(8)为圆柱状。

4.一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定地铁隧道沿线各车站结构设计信息、车站场地的土层划分信息、各层土的土体特性；

S2、选择位于地铁隧道施工影响范围内且需要进行沉降监测的位置作为沉降监测的稳定的水平基点和选择需要进行参考对比的参考水平基点；

S3、选择多个稳定的水平基点，并在每个稳定的水平基点上固定光纤静力水准仪，并在参考水平基点上固定监测传感器；

S4、在影响范围内工程施工完毕且监测数据稳定时止，监测数据显示变形尚不稳定，应继续观测一个月直至变形稳定为止；

S5、在信息化施工中，监测后应及时对各种监测数据进行整理分析，判断其稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工；

S6、通过现场监测取得的数据和与之相关的其它资料的搜集、记录等，并将量测值传输到数据库管理系统，每次观测后应立即对原始观测数据进行校核和整理，包括原始观测值的检验、物理量的计算、填表制图，异常值的剔除、初步分析和整编等，并将检验过的数据输入计算机的数据库管理系统；

S7、采用比较法、作图法和数学、物理模型，分析各监测物理量值大小、变化规律、发展趋势，以便对地铁隧道沉降的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

5.根据权利要求4所述的一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，其特征在于，根据S3中的操作步骤，所述光纤静力水准仪由一系列高精度的光纤光栅罐状传感器组成，传感器之间由传感器连接水管(10)连通，当测量点相对参考点发生沉降时，液体通过传感器连接水管(10)流入光纤静力水准仪，会导致其内部浮球(8)的浮力增加。浮力变化可通过粘贴在悬臂梁上的温补光栅(4)测定，从而监测到测量点的沉降值。

6.根据权利要求4所述的一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，其特征在于，在根据S4中的操作步骤中，所有稳定的水平基点、参考水平基点和光纤静力水准仪与监测传感器的安装埋设均在基坑开挖前及影响范围内工程桩施工前完成，并测试各项初始值。

7.根据权利要求4所述的一种光纤静力水准监测地铁隧道沉降的方法，其特征在于，在根据S6中的操作步骤中，对现场多个光纤静力水准仪监测的沉降值取平均值进行数据分析。

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