CN112349078B - 一种重力式地下空洞自动化监测报警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重力式地下空洞自动化监测报警方法，包括在施工隧道上层钻取延伸至需监测土层位置的监测孔；根据监测孔的深度组装重力式地下空洞自动化监测报警装置，并放入监测孔内；将重力式地下空洞自动化监测报警装置中的控制装置和报警装置固定在监测孔的孔口位置，对监测孔进行密封，预留通讯装置中的通信天线与路面平齐；开启重力式地下空洞自动化监测报警装置，对监测孔进行实时监测；重力式地下空洞自动化监测报警装置包括控制装置、监测装置、测量装置和报警装置。本发明采用独特的重力式结构进行监测并实施报警，通过对土层是否能够为报警装置提供有效的支撑力来判断土层中是否有空洞的存在，可有效监测由隧道施工引起的地下空洞情况。
Description
技术领域
本发明涉及地铁盾构施工法施工隧道上部土层空洞形成的监测技术领域，具体涉及一种重力式地下空洞自动化监测报警方法。
背景技术
地铁隧道采用地铁盾构施工法施工过程中，隧道外部土层会随着隧道的开挖出现变化，一定程度上会出现空洞的情况，如未及时处理，空洞会逐层往地表发展，当离地表达到一定距离时，因土层不能承受地需载荷而突然塌陷，由此引起地面人员车辆陷入地下空洞发生安全事故。为避免因地下空洞导致的事故，因此针对施工过程当中的地下空洞的检测是施工当中重要的一环，现有技术包括对于地下空洞的探测，目前国内外主要采用的方法有钻探法、高密度电阻率法、地震勘探法、和探地雷达法等，但现有的检测方法并不具有实时性，不能在地下空洞形成的时候及时的向相关人员进行报备以及及时的进行报警。
发明内容
本发明目的在于提供一种迅速的，智能化的，可视化的重力式地下空洞监测报警方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种重力式地下空洞自动化监测报警方法，采用重力式地下空洞自动化监测装置进行监测，该重力式地下空洞自动化监测报警装置包括控制装置、监测装置、测量装置和报警装置；
所述控制装置包括外壳以及设置于外壳内的供电模块、通讯模块和信息处理模块，所述供电模块分别与通讯模块和信息处理模块连接，所述通讯模块与监测装置连接，用于将监测装置的数据传送至信息处理模块；所述信息处理模块分别与报警装置、测量装置和通讯模块连接，用于将接收到的数据进行处理并传送至报警装置；
所述监测装置包括摄像头机构和重力机构，所述摄像头机构包括监测杆、保护杆和摄像头，所述监测杆的两端分别与控制装置的外壳和保护杆连接，所述保护杆设置为空心结构，用于套装摄像头，所述摄像头的数据线与信息处理模块连接，以通过将摄像头的拍摄情况传送至信息处理模块从而判断土层中是否存在空洞；所述重力机构包括空心结构圆柱端、圆锥端和连接线缆，所述圆柱端套设于保护杆上，所述圆锥端设置于圆柱端的下端，所述连接线缆的两端分别与圆柱端和信息处理模块连接，用于将重力机构的状态传送至信息处理模块；
所述测量装置包括分别与信息处理模块连接的地表测量装置和测距仪，所述地表测量装置用于对控制装置底端的高程数值进行测量并传送至信息处理模块，所述测距仪用于对重力机构底端的深度数值进行测量并传送至信息处理模块；
所述报警装置包括报警器和终端报警系统，所述报警器通过数据线与信息处理模块连接，并设置于控制装置的外壳上，所述终端报警系统通过通讯模块与信息处理模块连接，能将报警信息传送至远程控制人员的终端服务器上；
监测报警方法包括以下步骤：
步骤一：在施工隧道上层钻取延伸至需监测土层位置的监测孔；
步骤二：根据监测孔的深度组装重力式地下空洞自动化监测报警装置，并放入监测孔内；
步骤三：将重力式地下空洞自动化监测报警装置中的控制装置和报警装置固定在监测孔的孔口位置，对监测孔进行密封，预留通讯装置中的通信天线与路面平齐；
步骤四：开启重力式地下空洞自动化监测报警装置，对监测孔进行实时监测。
当没有出现空洞时，重力机构被土层抵住，重力机构与保护杆处于套设状态，信息处理模块未接收到重力机构连接线缆的触发信息；当土层出现空洞时，重力机构失去土层的支撑力从而下坠，信息处理模块接收到重力机构连接线缆的触发信息，测量装置启动对地下沉降值进行测量，若测量值超过所设的预警值，控制装置发出指令至报警装置实施报警，同时摄像头对空洞情况进行拍摄，并通过通讯模块将数据传至终端。
作为本发明的进一步方案：组装重力式地下空洞自动化监测报警装置具体包括以下步骤：
步骤一：根据监测孔的深度将一件或一件以上的监测杆分别连接后再与保护杆连接，使其形成一个整体；
步骤二：将重力机构套设于保护杆上，并通过连接线缆将重力机构和控制装置连接，以对重力机构进行固定；
步骤三：完成对重力式地下空洞自动化监测报警装置本体的安装；
步骤四：将安装好的重力式地下空洞自动化监测报警装置的重力机构端放置于监测孔内，监测杆端放置于监测孔的孔口位置，同时保证重力机构套设在保护杆上。
作为本发明的进一步方案：所述测量差值的具体计算公式为：
X＝Δh+Δl；
其Δh＝hi-h0，Δl＝1i-I0；
其中：X为重力机构每次深度变化后的实际变化值，Δh为测量装置每次测量的地表高程值与首次测量的地表高程值之差，Δl为测量装置每次测量的重力机构底端深度值与首次测量的重力机构底端深度值之差，hi为测量装置第i次测量的地表高程值，h0为首次测量的地表高程值，1i为测量装置第i次测量的重力机构底端深度值，I0为首次测量的重力机构底端深度值。
优选的，所述监测杆设置为空心结构，且设有至少一件。
优选的，所述监测杆的两端分别设置有内螺纹端和外螺纹端，用于监测杆之间或监测杆与保护杆之间的连接。
优选的，所述保护杆设置为透明玻璃结构，且所述保护杆沿轴向方向设有刻度。
优选的，所述摄像头设置有至少一件，且沿保护杆的轴向方向设置。
优选的，所述重力机构的圆柱端的上部分沿径向方向设置有至少一个贯通设置的通孔，所述通孔用于与连接线缆连接。
优选的，所述地表测量装置采用北斗定位装置，所述测距仪采用激光测距仪。
优选的，所述报警器采用声光报警器。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明所提供的方法是将监测装置埋于施工隧道的上部土层中，在隧道施工过程中，当没有出现空洞时，重力机构会被土层抵住，而重力机构上面套着的透明保护管内侧的摄像头将不会暴露，信息处理装置便接收不到信息，此时，测量装置所测量的重力机构垂直位移变化值在预警值的范围内，不会启动报警装置；当出现空洞时，重力装置因其自身重力产生下坠，以触发控制装置中的测量装置进行重力机构垂直位移变化值的测量、并对测量结果进行分析，若测量值超过所设的预警值，控制装置发出指令至报警装置实施报警，同时重力装置与摄像头机构分离，使部分摄像头暴露，以对实时情况进行拍摄并将拍摄信息反馈至控制装置。
(2)本发明提供了的一种地下空洞自动化监测报警装置，能够实现自动报警与预警、实时传送地下空洞影像，并当地下空洞情况发生的时候，能够以最快的速度通知相关部门监测人员，同时给该地段路面人员与来往车辆提供报警信息，可以避免重大事故的发生，具有一定的实际运用价值。
(3)本发明中通过将监测杆设置为空心结构，以便于对摄像头数据线的保护。
(4)本发明中通过将监测杆设置有若干件，以便根据监测孔的深度进行组装，灵活性强且有效增加了应用范围。
(5)本发明中通过将用于保护摄像头的保护杆设置成透明玻璃结构，以有效保证摄像头的拍摄质量。
(6)本发明中通过将摄像头设置有若干件，且分别分布于保护杆内，以实现对监测孔不同位置进行监测。
(7)本发明中通过在保护杆上设置刻度，以对摄像头的安装进行精确定位。
(8)本发明中通过将重力机构设置成圆锥结构，以便下坠时重心的稳定性。
(9)本发明中通过在重力机构的圆柱端上设置贯穿的圆孔，以有效保证连接线缆与重力机构之间的连接强度，防止连接线缆与重力机构之间产生脱离。
(10)本发明中通过采用北斗定位装置和激光测距仪组合形式对重力机构每次深度变化量进行测量，以有效保证测量的准确性。
(11)本发明中通过采用声光报警器实现报警，以有效保证报警的效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中监测装置的主视示意图；
图2是本发明中监测装置安装状态示意图；
图3是本发明中重力机构下坠后的监测装置主示意图。
其中：
1：控制装置、2：监测杆、3：保护杆、4：重力机构、4-1：连接线缆、4-2：圆孔、5：监测孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明确易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精确比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施；本发明中所提及的若干，并非限于附图实例中具体数量；本发明中所提及的‘前’‘中’‘后’‘左’‘右’‘上’‘下’‘顶部’‘底部’‘中部’等指示的方位或位置关系，均基于本发明附图所示的方位或位置关系，而不指示或暗示所指的装置或零部件必须具有特定的方位，亦不能理解为对本发明的限制。
实施例：
一种重力式地下空洞自动化监测报警装置，包括控制装置1、监测装置、测量装置和报警装置；
所述控制装置1包括外壳以及设置于外壳内的供电模块、通讯模块和信息处理模块，所述供电模块分别与通讯模块和信息处理模块连接，所述通讯模块与监测装置连接，用于将监测装置的数据传送至信息处理模块；所述信息处理模块分别与报警装置、测量装置和通讯模块连接，用于将接收到的数据进行处理并传送至报警装置；
所述监测装置包括监测杆2、保护杆3和摄像头和重力机构4，所述监测杆2的两端分别设置有内螺纹和外螺纹，并分别与控制装置1的外壳和保护杆3螺纹连接；所述保护杆3采用空心透明玻璃制作而成，且沿轴向方向设有刻度；所述摄像头设有一件及以上，分别沿保护杆3的轴向方向并列设置，以对监测孔5内不同深度位置进行拍摄，并通过摄像头的数据线将所拍摄的影像传送至信息处理模块，从而判断土层中是否存在空洞，同时通过通讯模块的连接将影像传送至终端，以便监控人员进行查看；所述重力机构4包括空心结构圆柱端、圆锥端和连接线缆4-1，所述圆柱端套设于保护杆3上，且圆柱端的上部分上设有贯通设置的圆孔4-2，所述连接线缆4-1的一端穿过圆孔4-2以与圆柱端固定，另一端与信息处理模块连接，以通过连接线缆4-1的连接状态判断重力机构4是否有产生下坠，并通过重力机构4的下坠从而触发测量装置的启动；
所述测量装置包括分别与信息处理模块连接的地表测量装置和测距仪，所述地表测量装置设置于监测孔5的孔口位置，用于对控制装置底端的地表高程进行测量并传送至信息处理模块，所述测距仪设置于监测孔5的孔口位置，采用激光对重力机构底端的深度值进行测量，用于对重力机构底端的深度变化值进行测量并传送至信息处理模块；
所述报警装置包括报警器和终端报警系统，所述报警器通过数据线与信息处理模块连接，并设置于控制装置的外壳上，所述终端报警系统通过通讯模块与信息处理模块连接，能将报警信息传送至远程控制人员的终端服务器上。
应用本实施例的重力式地下空洞自动化监测报警装置进行监测，具体监测报警方法包括以下步骤：
1)在施工隧道上层钻取延伸至需监测土层位置的监测孔；
2)根据监测孔的深度组装重力式地下空洞自动化监测报警装置，并放入监测孔内；
组装重力式地下空洞自动化监测报警装置具体包括以下步骤：
A、根据监测孔5的深度将一件或一件以上的监测杆2分别连接后再与保护杆3连接，使其形成一个整体；
B、将重力机构4套设于保护杆3上，并通过连接线缆4-1将重力机构4和控制装置1连接，以对重力机构4进行固定；
C、完成对监测装置的安装；
D、将安装好的监测装置的重力机构4端放置于监测孔5内，监测杆1端放置于监测孔5的孔口位置，完成。
3)在所述监测孔5的孔口位置安装控制装置1和声光报警器(未标示)，对监测孔采用土层等进行密封，预留通讯装置中的通信天线与路面平齐；
控制装置1的安装具体为：将控制装置1的外壳安装于监测孔的孔口位置，控制装置1的接电线与供电设备连接，并将控制装置的通讯模块与网络通讯设备连接，并对监控平台的通讯进行调试，以有效保证能接收到控制装置1所发出的影像等信息。
光报警器的安装方式具体为：将声光报警器的数据线与控制装置的信息处理模块连接，以便控制声光报警器发出不同颜色、不同声音的报警信息，并将声光报警器设置于隧道土层外，以便为路人、车辆能够直接有效的查看到报警信息。
4)开启重力式地下空洞自动化监测报警装置，对监测孔进行实时监测。
应用本实施例的方案，当没有出现空洞时，重力机构全被土层抵住(参见图2所示)，从而使摄像头通过重力机构的套设无法拍摄到有效影像，此时，控制装置中的信息处理模块无法接收到信息，因此，测量装置所测量的重力机构垂直位移变化值在预警值的范围内，报警装置处理未启动状态；当施工隧道上部的土层出现空洞时(参见图3所示)，重力机构因失去土层的支撑力而产生下坠，此时，连接控制装置和重力机构的连接线缆随重力机构的下坠而同步向下延伸并触发控制装置中的测量装置进行重力机构垂直位移变化值的测量，若测量值超过所设的预警值，控制装置发出指令至报警装置实施报警；同时，重力机构的下坠导致摄像头机构与重力机构分离，摄像头机构中的摄像头暴露，并将实时拍摄的影像传送至控制装置。
所述测量差值的具体计算公式为：
X＝Δh+Δl；
其Δh＝hi-h0，Δl＝1i-I0；
其中：X为重力机构每次深度变化后的实际变化值，Δh为测量装置每次测量的地表高程值与首次测量的地表高程值之差，Δl为测量装置每次测量的重力机构底端深度值与首次测量的重力机构底端深度值之差，hi为测量装置的第i次测量的地表高程值，h0为首次测量的地表高程值，1i为测量装置测量的第i次测量的重力机构底端深度值，I0为首次测量的重力机构底端深度值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：采用重力式地下空洞自动化监测装置进行监测，该重力式地下空洞自动化监测报警装置包括控制装置、监测装置、测量装置和报警装置；
所述控制装置包括外壳以及设置于外壳内的供电模块、通讯模块和信息处理模块，所述供电模块分别与通讯模块和信息处理模块连接，所述通讯模块与监测装置连接，用于将监测装置的数据传送至信息处理模块；所述信息处理模块分别与报警装置、测量装置和通讯模块连接，用于将接收到的数据进行处理并传送至报警装置；
所述监测装置包括摄像头机构和重力机构，所述摄像头机构包括监测杆、保护杆和摄像头，所述监测杆的两端分别与控制装置的外壳和保护杆连接，所述保护杆设置为空心结构，用于套装摄像头，所述摄像头的数据线与信息处理模块连接，以通过将摄像头的拍摄情况传送至信息处理模块从而判断土层中是否存在空洞；所述重力机构包括空心结构圆柱端、圆锥端和连接线缆，所述圆柱端套设于保护杆上，所述圆锥端设置于圆柱端的下端，所述连接线缆的两端分别与圆柱端和信息处理模块连接，用于将重力机构的状态传送至信息处理模块；
所述测量装置包括分别与信息处理模块连接的地表测量装置和测距仪，所述地表测量装置用于对控制装置底端的高程数值进行测量并传送至信息处理模块，所述测距仪用于对重力机构底端的深度数值进行测量并传送至信息处理模块；
所述报警装置包括报警器和终端报警系统，所述报警器通过数据线与信息处理模块连接，并设置于控制装置的外壳上，所述终端报警系统通过通讯模块与信息处理模块连接，能将报警信息传送至远程控制人员的终端服务器上；
组装重力式地下空洞自动化监测报警装置具体包括以下步骤：
步骤一：根据监测孔的深度将一件或一件以上的监测杆分别连接后再与保护杆连接，使其形成一个整体；
步骤二：将重力机构套设于保护杆上，并通过连接线缆将重力机构和控制装置连接，以对重力机构进行固定；
步骤三：完成对重力式地下空洞自动化监测报警装置本体的安装；
步骤四：将安装好的重力式地下空洞自动化监测报警装置的重力机构端放置于监测孔内，监测杆端放置于监测孔的孔口位置，同时保证重力机构套设在保护杆上；
监测报警方法包括以下步骤：
步骤一：在施工隧道上层钻取延伸至需监测土层位置的监测孔；
步骤二：根据监测孔的深度组装重力式地下空洞自动化监测报警装置，并放入监测孔内；
步骤三：将重力式地下空洞自动化监测报警装置中的控制装置和报警装置固定在监测孔的孔口位置，对监测孔进行密封，预留通讯装置中的通信天线与路面平齐；
步骤四：开启重力式地下空洞自动化监测报警装置，对监测孔进行实时监测，具体监测方法如下：当没有出现空洞时，重力机构全被土层抵住，从而使摄像头通过重力机构的套设无法拍摄到有效影像，此时，控制装置中的信息处理模块无法接收到信息，因此，测量装置所测量的重力机构垂直位移变化值在预警值的范围内，报警装置处理未启动状态；当施工隧道上部的土层出现空洞时，重力机构因失去土层的支撑力而产生下坠，此时，连接控制装置和重力机构的连接线缆随重力机构的下坠而同步向下延伸并触发控制装置中的测量装置进行重力机构垂直位移变化值的测量、并对测量结果进行分析，若测量值超过所设的预警值，控制装置发出指令至报警装置实施报警；同时，重力机构的下坠导致摄像头机构与重力机构分离，摄像头机构中的摄像头暴露，并将实时拍摄的影像传送至控制装置；
所述测量值的具体计算公式为：
X＝Δh+Δl；
其Δh＝hi-h0，Δl＝1i-I0；
其中：X为重力机构每次深度变化后的实际变化值，Δh为测量装置每次测量的地表高程值与首次测量的地表高程值之差，Δl为测量装置每次测量的重力机构底端深度值与首次测量的重力机构底端深度值之差，hi为测量装置第i次测量的地表高程值，h0为首次测量的地表高程值，1i为测量装置第i次测量的重力机构底端深度值，I0为首次测量的重力机构底端深度值。
2.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述监测杆设置为空心结构，且设有至少一件。
3.根据权利要求2所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述监测杆的两端分别设置有内螺纹端和外螺纹端，用于监测杆之间或监测杆与保护杆之间的连接。
4.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述保护杆设置为透明玻璃结构，且所述保护杆沿轴向方向设有刻度。
5.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述摄像头设置有至少一件，且沿保护杆的轴向方向设置。
6.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述重力机构的圆柱端的上部分沿径向方向设置有至少一个贯通设置的通孔，所述通孔用于与连接线缆连接。
7.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述地表测量装置采用北斗定位装置，所述测距仪采用激光测距仪。
8.根据权利要求1所述的重力式地下空洞自动化监测报警方法，其特征在于：所述报警器采用声光报警器。
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