CN113532369A - 一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,包括对于地下线路结构变形沉降信息的采集装置,电流信号/数值信号转换的装置、用于发出远程警报的装置,存储装置与控制装置,泡沫轻质混凝土制备设备,控制模块作为整个系统的核心,一方面控制前述各装置的运行,另一方面用于和外部的计算机装置等外部设备进行连接实现通讯和控制。本发明中,基于地铁沿线地质情况,将结合现场施工状态动态调整监测频率及监测范围。本发明还提供一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法。
Description
技术领域
本发明涉及特殊条件下施工安全管理风险监控及预警的技术领域,具体而言涉及一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测与预警方法。
背景技术
在地铁上方施工过程易对地铁隧道结构产生影响,包括:老路破除振动对地铁结构物的扰动,开挖标高控制不准造成地铁结构物破坏,大面积开挖造成地铁结构的上浮或水平位移,施工设备选择及占位不当或挖方或填料堆载位置不当易造成地铁结构的开裂或位移;沟槽积水抽取不及时造成槽底荷载、水土抗力变化引起区间扰动。泡沫混凝土的路基施工,作业面大,作业时间长,如不能提供有限合理的监测方法,则无法保证地铁的正常运营。
目前,国内外关于地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测技术的研究,虽呈现多样化研究趋势,但主要集中于泡沫混凝土施工管理研究,对施工过程中地基位移监测及预警研究较少。近年来,国外泡沫混凝土施工主要以房建工程为主,主要以泡沫混凝土施工材料优化研究为主,相关的研究也已在开展中。国内的许多学者也根据不同施工环境提出多种泡沫混凝土施工方法与施工技术,且对施工监测结果进行多种方法的分数据分析。
国内外施工现场管理的路基位移监测系统的建设都采用人工监测或者自动监测系统的模式,通常市政工程施工范围跨度较大,处于对数据通信和工程造价方面的考虑,自动监测系统覆盖范围有限,系统大都针对现场的重点施工区段或危险性较大的施工作业现场进行现场监测,暴露出当前的现场管理系统虽然结构复杂,但是无法进行全面监测,对监测位移数据无法及时精准处理并发布预警,且监测精度低的缺点。同时,现有的现场管理系统更多的是针对重点区段的监测,对于地铁沿线施工过程中全面化精细化监测应用性不强。
发明内容
本发明目的在于提高一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测与预警方法,旨在实现在地铁上方进行泡沫混凝土施工过程中的地铁隧道结构的位移信息收集与分析,实现提前预警,提高施工现场的施工安全性。
本发明的另一目的在于,提高特殊施工条件下市政道路施工安全管理能力。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现,从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的,本发明的第一方面提出一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测与预警方法,包括以下步骤:
步骤S01:按施工标准及作业指标配制符合要求的泡沫混凝土,对其进行配合比设计验证及相关强度试验,并为泡沫混凝土现场施工提供进场条件;
步骤S02:根据地铁沉降监测要求与布点原则,确定监测排布点位置,对现场无法进行布点的位置进行±5m内的位置调整,确定泡沫混凝土施工的地铁监测布局方案;
步骤S03:在确定泡沫混凝土施工的地铁监测布局方案后,开始泡沫混凝土进场施工,泡沫混凝土路基施工应注意与前后工序、平行工序的衔接,具体施工顺序如下:分层浇注,从下往上,下层终凝后浇注上一层;
步骤S04:在泡沫混凝土施工开始后,按照监测方案进行监测装置布置;
步骤S05:根据施工现场条件,判断该各监测点是否能按方案埋设观测点实施监测,若不能正常布置则调整监测点,修订监测布局方案;
步骤S06:若达到布设要求则完成布设后启动监测,根据现场条件,选择自动变形监测系统监测站,通过通讯模块与现场仪器的电流/数值转换完成监测数据与计算机的数据接入;
步骤S07:通过计算机数据库,将监测数值与预设阈值进行比较分析;
步骤S08:若采集到的监测数据超过规定阈值,具有一定风险则发出预警,暂停泡沫混凝土施工,若监测值在合理范围内则正常施工。
步骤S09:当监测装置发出施工预警后,由项目部人员暂停施工,并分析预警原因调整施工方案。
步骤S10:调整施工方案后找第三方专业人员来判断是否可以继续施工,如可以则按照调整后的方案继续施工,如仍不能达到施工条件,则需继续整改施工方案与作业条件。
步骤S11:按照调整后的方案继续施工,并继续进行地铁隧道结构检测,直至施工结束。
步骤S12:施工结束后,判断是否完成所有监测任务,若对因施工作业影响未能完成监测的点位则调整监测点位布置方案。
步骤S13:若判断已完成所有监测任务,则结束监测。
进一步的实施例中其特征在于,前述方法中,前述监测布局原则如表1所示。
表1监测布点原则
其中L1——重点施工区段长度;L2——非重点施工区段长度;L3——影响区段长度;S1——重点监测点数量;L4——箱涵长度;L5——总施工长度;
进一步的实施例中,前述方法中,对地铁线路隧道结构沉降情况进行监测,跟踪监测自施工起至地铁结构进入稳定状态,且不低于3个月;
进一步的实施例中,前述方法中,将监测数值与预设阈值进行比较分析,其实现包括:
①数据修复。数据修复常常采用阈值法或机理法,其中阈值法用于剔除较明显的错误,即基于历史数据范围定义到监测数据的合理范围如式(1)所示:
式中:C——监测数据,mm/h;
T——监测数据采集的时间间隔,s;
fc——修正系数,建议取值1.3~1.5。
修复数据可采用相邻时段数据的平均值进行修复,即如式(2)所示:
yf(t)=[y(t-n)+y(t-n+1)+…+y(t-1)]/n (2)
式中:n——计算平均值所取的数据个数;
②数据集成。数据集成将多个数据源中的监测数据结合成、存放在一个一致的数据存储,如数据仓库中
③数据处理。获得可靠的监测数据后,将其利用自回归移动平均过程ARMA(p,q)模型如式(3)所示,对监测数据进行参数拟合,绘制监测数据拟合图形,并与设定监测阈值函数进行拟合。
式中:{Qt}——监测数值序列;
φ1,…φp——自回归系数;
θ1,…θq——移动平均系数
④数据输出。对监测数据不满足要求的监测点,输出其位置信息及并发出状态预警。每一百个数据进行对比筛选输出,其代码实现如下:
进一步的实施例中,前述方法确定监测的规定/预设阈值更加包含以下步骤;
①参考地铁公司运营规范,如轨道几何形位变形控制值参照南京地铁运营公司《轨道检修规程》,接触网变形控制值参照南京地铁运营公司《接触网运行检修规程》。具体指标如表2所示。
表2城市轨道交通地下线路结构变形控制值
注:Ls—沿轴向两监测点间距,单位m。
②参考设计要求或相关国家规范;
进一步的实施例中,前述方法中的调整监测点布局更加包含以下步骤:
①根据现场工况及地铁结构变形情况,动态调整监测频率;
②根据现场实际施工作业面的范围,动态调整监测范围;
本发明的另一方面提出一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,包括:
泡沫混凝土作业装置,包括泡沫混凝土的制备装置及泡沫混凝土的作业设施,保证后续正常泡沫混凝土路基施工与地铁隧道结构沉降监测;
监测信息采集装置,包括多组变形监测点及多组基准点,用于采集泡沫混凝土施工过程中地铁隧道结构变形信息;
自动全站仪装置,自动记录和显示多组变形监测点信息读数,确定泡沫混凝土施工过程中的变形信息;
通讯装置,将经过自动全站仪处理后的变形信息通过无线传输的方式传至数据处理装置,完成数据信息传输;
数据处理装置,对监测到的地铁隧道结构变形数据进行数据预处理、数据分析、数据拟合及预警判断,并将判断的信息结果进行选择存储与传递,并将处理后的数据传递至控制装置;
控制装置,控制装置对预处理后的信息进行判断并发出控制指令,若监测信息不符合阈值要求则发出预警指令与停工指令;
预警装置,被设置成用于接受控制器的预警信息,当控制器发出预警指令后,预警装置发出预警,直至停止施工;
定位装置,被设置成控制系统在发出预警指令后将同时不满足位移要求的监测点位置信息传递至定位装置,显示其桩号、位移数值等位置信息,方便管理人员查询与管理。
进一步的实施例中,调整监测点布局可根据现场工况及地铁结构变形情况,动态调整监测频率;也可根据现场实际施工作业面的范围,动态调整监测范围;
进一步的实施例中,规定/预设阈值的选取可:
①参考地铁公司运营规范,如轨道几何形位变形控制值参照南京地铁运营公司《轨道检修规程》,接触网变形控制值参照南京地铁运营公司《接触网运行检修规程》。
②参考设计要求或相关国家规范;
进一步的实施例中,自动全站仪装置由采用FMOS自动化变形观测系统来实现,上述数据处理装置及定位装置由电子计算机系统来实现,上述定位实现由计算机代码编程实现。
进一步的实施例中,前述系统还包括:
一无线通讯装置,连接至所述控制装置,用于无线通讯方式发送停止施工指令与预警指令。
进一步的实施中,前述系统还包括:
一计算机处理装置,连接至前述的控制模块,该计算机处理装置包括接口单元、操作面板和指示单元,其中:
前述控制装置通过前述接口单元提供的USB接口与计算机处理装置连接,实现计算机处理装置与控制装置之间的通信;
操作版面以触控式显示屏实现,用以接收用户输入的对前述控制装置的操作指令;
指示单元用以监控前述泡沫混凝土作业装置、监测信息采集装置、自动全站仪装置、通讯装置、以及预警装置的工作状况,例如监测信息采集装置是否工作正常,无线通讯装置的信息传输是否正常等,并表征给用户,例如可通过指示灯或文本框的形式显示工作状态。
由以上发明的技术方案可知,本发明的有益效果在于:
(1)安装方便、维护简单。本发明全自动监测全转仪为监测装置,使用计算机模型进行数据处理,利用工业单片机作为控制中心,分析监测信息是否处于合理范围内,利用无线发射模块发出预警信息,实现了地铁隧道结构信息的长时间稳定监测,且具有安装方便的特点。同时,由于整个装置可采取分散式的布设,也降低了维护的难度。
(2)提高监测数据的精度。本发明的方案每一个实施例都是作为一个独立的系统形式存在,在选择监测点布局方案时,选择动态调整的方式,保证监测结果的全面与温度,且对采集的数据使用数据预处理及自回归模型数据拟合算法,可以筛选掉错误信息减少错误预警,且可以根据具体施工条件下按照相关规范选择布设精度,提高了施工安全监控的精度。
(3)在确定预警点位置时,共同发出预警指令与停工指令,结合泡沫混凝土施工特点闭合施工过程减少泡沫混凝土的浪费,也便于提供管理者整改方向与整改措施,提高施工过程的安全性及经济性。
应当理解,前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外,所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征或有益效果将在下面的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中,在每个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见,在每个图中,并非每个组成部分均被标记。现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施,其中:
图1为本发明一实施方式地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统结构示意图。
图2为本发明一泡沫混凝土制备及施工监测系统结构示意图。
图3为本发明一实施方式地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统的实现流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述那些构思和实施方式可以以很多方式中的任意一种来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1所示,本发明提出一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,其中包括泡沫混凝土作业装置1、监测信息采集装置2、自动全站仪装置3、通讯装置4、数据处理装置5、控制装置6、预警装置7以及定位装置8,其中泡沫混凝土作业装置1、自动全站仪装置3、通讯装置4、数据处理装置5、预警装置7、定位装置8分别连接至控制装置6。
控制模块8作为整个系统的核心,一方面控制前述各装置的运行,另一方面用于外部的计算机装置等外部设备进行连接,以实现整个系统与外部其他设备之间的通信和/或控制、调试等操作。
泡沫混凝土作业装置1,包括泡沫混凝土的制备装置及泡沫混凝土的作业设施,保证后续正常泡沫混凝土路基施工与地铁隧道结构沉降监测;
监测信息采集装置2,用于采集泡沫混凝土施工过程中地铁隧道结构变形信息;在整个系统中,布置有多个前述的包括多组变形监测点及多组基准点2,按布置原则进行间隔设置,还可以根据特殊地基等情况进行重点布置,布置个数主要与施工作业体量有关。
本例中,在泡沫混凝土作业装置1装备好的前提下进行监测信息采集装置2的布置,且需在其施工后根据检测情况动态调整监测位置;
自动全站仪装置3,被设置成自动记录和显示多组变形监测点信息读数,确定泡沫混凝土施工过程中的变形信息;
通讯装置4,将经过自动全站仪处理后的变形信息通过无线传输的方式传至数据处理装置,完成数据信息传输;
数据处理装置5,对监测到的地铁隧道结构变形数据进行数据预处理、数据分析、数据拟合及预警判断,并将判断的信息结果进行选择存储与传递,并将处理后的数据传递至控制装置;
控制装置6,控制装置对预处理后的信息进行判断并发出控制指令,若监测信息不符合阈值要求则发出预警指令与停工指令;
预警装置7,被设置成用于接受控制器的预警信息,当控制器发出预警指令后,预警装置发出预警,直至停止施工;
定位装置8,被设置成控制系统在发出预警指令后将同时不满足位移要求的监测点位置信息传递至定位装置,显示其桩号、位移数值等位置信息,方便管理人员查询与管理。在一些可选的例子中,定位装置5可以采用GPS定位模块来实现,当然还可以采用基于GLONASS的定位模块、基于北斗BDS的定位模块来实现。
优选地,控制装置6采用单片机来实现,更佳地,选用工业级单片机。
如图1所示,作为优选的方式,前述系统还包括:
一无线通讯装置4,连接至所述控制装置5,用于无线通讯方式发送自动全站仪装置3获取的监测信息。
诸如,前述的无线通讯装置4包括无线发射单元和5G通讯接口单元,分别实现无线发射数据和通过移动通信基站发射信息。
也即,无线通讯装置4作为整个信息采集和预警系统的对外通信装置在预警发生时,在控制器的控制下以无线通讯方式发送监测信息、预警指令及定位信息,诸如通过无线发射天线以无线信号方式向外界发送,或者通过移动基站接口以短信的形式传输编码信息和短信信息,实现与工地现场监控终端、项目部信息终端以及管理员终端的通信。
项目部信息终端以及管理员终端还可通过无线网络向整个系统的无线装置4发生指令编码,控制装置6将指令编码传输到无线通讯装置4中,无线通讯装置4根据指令命令控制其他装置工作。
本实施例中,所述控制6可采用工业单片机实现,数据处理装置5可以采用项目终端计算机编码。
本实施例的整个系统可以相互独立,放置在便携式的壳体内部单独使用,其优点是可以在同时施工的多条道路同时使用。
如图2所示为本发明另一实施方式一泡沫混凝土制备及施工监测系统结构示意图,其中:
主要为图1中泡沫混凝土作业装置1具体实施,包含了泡沫混凝土的制备方法、泡沫混凝土的施工方法;
本实例中,泡沫混凝土首先通过发泡剂与不同量的稀释水制备成不同浓度的发泡液,同时在发泡液中注入空气制备泡沫;
其次,将规定比例的泡沫与混合搅拌好的水泥浆再进行混合搅拌,形成特定比例的泡沫混凝土,准备进行泡沫混凝施工;
本实例中,泡沫混凝土施工主要分为三个步骤,(1)完成泡沫混凝土底层模板支模施工;(2)进行泡沫混凝土一次浇筑;(3)在一层泡沫混凝土上进行金属网与防渗土工膜铺筑;(4)进行二层泡沫混凝土浇筑,以此循环,直至浇筑高度满足设计要求。
本实例中,在泡沫混凝土模板施工及浇筑的全过程均开展地铁隧道结构的位移监控。
虽然本发明已经以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。本发明所述技术领域中通常具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种更改和润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01:按施工标准及作业指标配制符合要求的泡沫混凝土,对其进行配合比设计验证及相关强度试验,并为泡沫混凝土现场施工提供进场条件;
步骤S02:根据地铁沉降监测要求与布点原则,确定监测排布点位置,对现场无法进行布点的位置进行±5m内的位置调整,确定泡沫混凝土施工的地铁监测布局方案;
步骤S03:在确定泡沫混凝土施工的地铁监测布局方案后,开始泡沫混凝土进场施工,泡沫混凝土路基施工应注意与前后工序、平行工序的衔接,具体施工顺序如下:分层浇注,从下往上,下层终凝后浇注上一层;
步骤S04:在泡沫混凝土施工开始后,按照监测方案进行监测装置布置;
步骤S05:根据施工现场条件,判断该各监测点是否能按方案埋设观测点实施监测,若不能正常布置则调整监测点,修订监测布局方案;
步骤S06:若达到布设要求则完成布设后启动监测,根据现场条件,选择自动变形监测系统监测站,通过通讯模块与现场仪器的电流/数值转换完成监测数据与计算机的数据接入;
步骤S07:通过计算机数据库,将监测数值与预设阈值进行比较分析;
步骤S08:若采集到的监测数据超过规定阈值,具有一定风险则发出预警,暂停泡沫混凝土施工,若监测值在合理范围内则正常施工。
步骤S09:当监测装置发出施工预警后,由项目部人员暂停施工,并分析预警原因调整施工方案。
步骤S10:调整施工方案后找第三方专业人员来判断是否可以继续施工,如可以则按照调整后的方案继续施工,如仍不能达到施工条件,则需继续整改施工方案与作业条件。
步骤S11:按照调整后的方案继续施工,并继续进行地铁隧道结构检测,直至施工结束。
步骤S12:施工结束后,判断是否完成所有监测任务,若对因施工作业影响未能完成监测的点位则调整监测点位布置方案。
步骤S13:若判断已完成所有监测任务,则结束监测。
3.根据权利要求1所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法,其特征在于,前述方法中,对地铁线路隧道结构沉降情况进行监测,跟踪监测自施工起至地铁结构进入稳定状态,且不低于3个月。
4.根据权利要求1所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法,其特征在于,前述方法中,将监测数值与预设阈值进行比较分析,其实现包括:
①数据修复。数据修复常常采用阈值法或机理法,其中阈值法用于剔除较明显的错误,即基于历史数据范围定义到监测数据的合理范围如式(1)所示:
式中:C——监测数据,mm/h;
T——监测数据采集的时间间隔,s;
fc——修正系数,建议取值1.3~1.5。
修复数据可采用相邻时段数据的平均值进行修复,即如式(2)所示:
yf(t)=[y(t-n)+y(t-n+1)+…+y(t-1)]/n (2)
式中:n——计算平均值所取的数据个数;
②数据集成。数据集成将多个数据源中的监测数据结合成、存放在一个一致的数据存储,如数据仓库中
③数据处理。获得可靠的监测数据后,将其利用自回归移动平均过程ARMA(p,q)模型如式(3)所示,对监测数据进行参数拟合,绘制监测数据拟合图形,并与设定监测阈值函数进行拟合。
式中:{Qt}——监测数值序列;
φ1,…φp——自回归系数;
θ1,…θq——移动平均系数
④数据输出。对监测数据不满足要求的监测点,输出其位置信息及并发出状态预警。每一百个数据进行对比筛选输出,其代码实现如下:
6.根据权利要求1所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法,其特征在于,前述方法中的调整监测点布局更加包含以下步骤:
①根据现场工况及地铁结构变形情况,动态调整监测频率;
②根据现场实际施工作业面的范围,动态调整监测范围。
7.一种地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,其特征在于,该系统包括:
泡沫混凝土作业装置,包括泡沫混凝土的制备装置及泡沫混凝土的作业设施,保证后续正常泡沫混凝土路基施工与地铁隧道结构沉降监测;
监测信息采集装置,包括多组变形监测点及多组基准点,用于采集泡沫混凝土施工过程中地铁隧道结构变形信息;
自动全站仪装置,自动记录和显示多组变形监测点信息读数,确定泡沫混凝土施工过程中的变形信息;
通讯装置,将经过自动全站仪处理后的变形信息通过无线传输的方式传至数据处理装置,完成数据信息传输;
数据处理装置,对监测到的地铁隧道结构变形数据进行数据预处理、数据分析、数据拟合及预警判断,并将判断的信息结果进行选择存储与传递,并将处理后的数据传递至控制装置;
控制装置,控制装置对预处理后的信息进行判断并发出控制指令,若监测信息不符合阈值要求则发出预警指令与停工指令;
预警装置,被设置成用于接受控制器的预警信息,当控制器发出预警指令后,预警装置发出预警,直至停止施工;
定位装置,被设置成控制系统在发出预警指令后将同时不满足位移要求的监测点位置信息传递至定位装置,显示其桩号、位移数值等位置信息,方便管理人员查询与管理。
8.根据权利要求7所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,其特征在于,调整监测点布局可根据现场工况及地铁结构变形情况,动态调整监测频率;也可根据现场实际施工作业面的范围,动态调整监测范围。
9.根据权利要求7所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,规定/预设阈值的选取可:
①参考地铁公司运营规范,如轨道几何形位变形控制值参照南京地铁运营公司《轨道检修规程》,接触网变形控制值参照南京地铁运营公司《接触网运行检修规程》。
②参考设计要求或相关国家规范。
10.根据权利要求7所述的地铁沿线泡沫混凝土路基施工状态监测方法与预警系统,其特征在于,上述自动全站仪装置由采用FMOS自动化变形观测系统来实现,上述数据处理装置及控制装置及定位装置由电子计算机系统来实现,上述定位实现由计算机代码编程实现。
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