CN114111586A - 一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置 - Google Patents

一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置，包括水平位移监测，用于通过测距设备按照固定频率发射检测激光测算基坑距离，并进行实时监测预警；沉降监测，用于通过将检测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备构建联系，测得静力水准系统中各检测点位的沉降变化，并进行实时监测预警；坡面监测，用于通过基坑坡面上的倾斜测试设备计算坡面倾角变化，并进行实时监测预警，通过对高水位地区深基坑安全监测硬件系统构建，对高水位地区深基坑监测数据阈值研究，形成高水位地区深基坑安全监测监控平台研发，减少安全事故的发生，对于解决基坑工程安全具有重要的意义，可监测监测多边形、椭圆形或不规则图形基坑的水平位移。

Description

一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置
技术领域
本发明属于天然气长输管道穿越施工相关技术领域，具体涉及一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置。
背景技术
基坑工程采用的围护墙、支撑(或土层锚杆)、围檩、防渗帷幕等结构体系总称为支护结构。基坑支护工程包含挡土、支护、降水、挖土等许多紧密联系的环节，如其中某一环节失效,将会导致整个工程的失败。根据对基坑工程事故统计的分析，基坑工程事故发生率较高，竟占基坑总数的1/4以上，而这些工程事故主要表现为支护结构产生较大位移、支护结构破坏、基坑塌方及大面积滑坡、基坑周围道路开裂和塌陷、与基坑相临的地下设施(管线、电缆)变位以致于破坏，邻近的建筑物开裂甚至倒塌等。给国家经济和人民生命财产造成严重损失。
目前对深基坑监测领域的研究大多数针对的是支护形式单一、周边环境相对简单的基坑，少有对形状不规则、周围环境复杂、支护形式多样的深基坑进行监测分析。还缺少对管道工程在高水位地区深基坑作业安全监测成熟方案与作业规则。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置，以解决上述背景技术中提出的基坑形式复杂与深基坑难以监测的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种管道工程深基坑作业安全监测方法，包括：
水平位移监测，用于通过测距设备按照固定频率发射检测激光测算基坑距离，并进行实时监测预警；
沉降监测，用于通过将检测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备构建联系，测得静力水准系统中各检测点位的沉降变化，并进行实时监测预警；
坡面监测，用于通过基坑坡面上的倾斜测试设备计算坡面倾角变化，并进行实时监测预警。
优选的，所述水平位移监测的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑的预选测点一侧布置测距设备，在基坑另一侧设置固定靶点；
步骤二：通过测距设备发射目标激光射向固定靶点；
步骤三：由固定靶点反射激光至测距设备，测距设备接收反射激光测定基坑距离；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
优选的，所述沉降监测的监测方法包括以下步骤：
步骤一：将各个监测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备通过管路连接；
步骤二：当监测点位高程变化时能够引起监测设备内液位的同步变化；
步骤三：得到监测点位和基准点位所在的基准高程面的相对高程变化，计算得到静力水准系统各测点的沉降变化；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
优选的，所述坡面监测的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑坡面上预设布置点；
步骤二：将倾斜测试设备安装在预设布置点位；
步骤三：通过倾斜测试设备X轴与Y轴的两种参数变化，综合计算出整体坡面倾角变化程度；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
一种管道工程深基坑作业安全监测装置，包括测距设备、监测设备以及倾斜测试设备；
所述测距设备包括激光测距仪与激光反射靶点；
所述监测设备包括静力水准仪与升降螺纹杆，所述静力水准仪通过升降螺纹杆固定在检测点位基坑内；
所述倾斜测试设备包括坡面测斜仪。
优选的，所述静力水准仪包括容器，所述容器内固定设置有压力传感器，所述压力传感器上悬挂有自由浮筒，所述容器一侧连接有软管。
优选的，。
与现有深基坑作业安全监测技术相比，本发明提供了一种管道工程深基坑作业安全监测方法及装置，具备以下有益效果：
1、本发明通过对高水位地区深基坑安全监测硬件系统构建，对高水位地区深基坑监测数据阈值研究，形成高水位地区深基坑安全监测监控平台研发，减少安全事故的发生，对于解决基坑工程安全具有重要的意义；
2、本发明可在高水位地区深基坑作业过程中，监测多边形、椭圆形或不规则图形基坑的水平位移，适应性强，可以在最大限度减少施工现场环境的复杂对深基坑安全监测的影响。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明提出的一种管道工程深基坑作业安全监测方法示意图；
图2为本发明提出的水平位移监测方法示意图；
图3为本发明提出的沉降监测方法示意图；
图4为本发明提出的坡面监测方法示意图；
图5为本发明提出的一种管道工程深基坑作业安全监测装置安装示意图；
图中：1、水平位移监测；2、沉降监测；3、坡面监测；11、激光测距仪；12、激光反射靶点；21、静力水准仪；22、升降螺纹杆；23、软管；31、坡面测斜仪；211、自由浮筒；212、压力传感器；213、容器；31、坡面测斜仪。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：一种管道工程深基坑作业安全监测方法，包括水平位移监测1，用于通过测距设备按照固定频率发射检测激光测算基坑距离，并进行实时监测预警，测距设备包括激光测距仪11与激光反射靶点12；
其中水平位移监测1的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑的预选测点一侧布置测距设备，在基坑另一侧设置固定靶点；
步骤二：通过测距设备发射目标激光射向固定靶点；
步骤三：由固定靶点反射激光至测距设备，测距设备接收反射激光测定基坑距离；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
一种管道工程深基坑作业安全监测方法，包括沉降监测2，用于通过将检测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备构建联系，测得静力水准系统中各检测点位的沉降变化，并进行实时监测预警，监测设备包括静力水准仪21与升降螺纹杆22，静力水准仪21通过升降螺纹杆22固定在检测点位基坑内，静力水准仪21包括容器213，容器213内固定设置有压力传感器212，压力传感器212上悬挂有自由浮筒211，容器213一侧连接有软管23；
沉降监测2的监测方法包括以下步骤：
步骤一：将各个监测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备通过管路连接；
步骤二：当监测点位高程变化时能够引起监测设备内液位的同步变化；
步骤三：得到监测点位和基准点位所在的基准高程面的相对高程变化，计算得到静力水准系统各测点的沉降变化；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
一种管道工程深基坑作业安全监测方法，包括坡面监测3，用于通过基坑坡面上的倾斜测试设备计算坡面倾角变化，并进行实时监测预警，倾斜测试设备包括坡面测斜仪31，坡面监测3的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑坡面上预设布置点；
步骤二：将倾斜测试设备安装在预设布置点位；
步骤三：通过倾斜测试设备X轴与Y轴的两种参数变化，综合计算出整体坡面倾角变化程度；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
1)激光测距仪11的监测频率、预警值
(1)监测频率
高水位地区深基坑作业过程中，监测多边形、椭圆形或不规则图形基坑的水平位移时，使用激光测距仪11能够突出精度高，频次高等优势，在基坑变形监测中具有非常大的作用。同时由于激光测距的可适应性强，可以在最大限度减少施工现场环境的复杂对深基坑安全监测的影响。传统监测，土方开挖前，基坑监测频率为1次/周，且总次数≥2次，从基坑开始开挖至地下室回填完成，双排桩和土钉墙区域1次/天。本设备安装后自动监测，监测频率为60次/分钟。
(2)预警值原则
假设两点测距变化值为ΔS，这里对阈值的设置取测距观测中误差mS的2倍。当观测的距离变化ΔS小于阈值2mS时，可以采用忽略不计原则，以工作基点上次坐标作测站点进行测量，这样就减少了基坑变形相对稳定阶段复测工作量；当观测的距离变化ΔS大于等于阈值2mS时，以基准点反算测站点新坐标，以工作基点新坐标作测站点进行测量，这时又弥补了基坑变形相对稳定阶段，未复测工作基点所丢失的变形量。
表1 激光测距仪11的预警值
Figure BDA0003330523610000061
2)静力水准仪21监测频率、预警值
(1)监测频率
将4个静力水准仪21用管道连接起来，其中1个作为基点固定不动，其他3个作为测点，可以通过调节升降螺纹杆22实现上下移动，模拟测点的沉降或者上升，静力水准仪21上与升降螺纹杆22联动的游标卡尺移动，以读取位移数据，静力水准仪21上压力传感器212的型号为HD-SZY100-2000mm-4R-0.1，其主要参数为：线性精度为±0.1％FS、频次500μs、量程100mm。容器213内有3D打印中空玻璃片漂浮在水面作为激光反射体。工作液体是蒸馏水加防腐剂，为了模拟渗漏、蒸发等因素对测量结果的影响，设置了加、放水阀。本设备为远程终端控制，自动监测，监测频率为6次/小时。
(2)预警值原则
基坑A与基坑B之间，当基坑B产生沉降后(设定变化量为ΔHb)，基坑A产生的沉降变化为ΔHa，则两者的相对垂直方向的位置变化为ΔHab＝ΔHb-ΔHa，对应的压力计的输出电流变化与位移变化的比例关系为(Im-I0)/Hm＝(Ia-I0)/ΔHa，即Ia＝ΔHa(Im-I0)/Hm+I0(其中，Im为满量程电流20mA，l0为初始电流值4mA，Hm为对应满量程水深10m，Ia为压力计实际电流输出)。后级数据采集单元的采样电阻R＝100Ω，则对应输出电压Va＝Ia2R，最终数据采集的输出电压与对应沉降的变化关系为Va＝[ΔHa2(Im-I0)/Hm+I0]2R。
表2 静力水准仪21预警值
序号 检测项目 日变化速率控制值 预警值 控制值
1 竖向位移 1.0mm/d 3.5mm 5.0mm
2 水平位移 1.0mm/d 3.5mm 5.0mm
3)坡面测斜仪31监测频率、预警值
(1)监测频率
设备安装时，坡面测斜仪31上传感器的轴线与被测量轴线必须平行，两轴线尽可能不要产生夹角。本设备为远程终端控制，自动监测，监测频率为60次/分钟。
(2)预警值原则
传感器的0°所对应的电流输出I0＝(Imax+Imin)/2，其中Imax＝20mA，Imin＝4mA；翻转角度与对应输出电流之间的关系为Ix＝82β/15+12，其中β的取值范围为-15～15°，Ix的取值范围在4～20mA，后级数据采集单元的采样电阻R＝100Ω，则对应输出电压Vx＝Ix2R，即最终的测量电压与角度之间的对应关系为Vx＝(82β/15+12)2R。
表3 坡面测斜仪预警值
Figure BDA0003330523610000081
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种管道工程深基坑作业安全监测方法，其特征在于，包括：
水平位移监测(1)，用于通过测距设备按照固定频率发射检测激光测算基坑距离，并进行实时监测预警；
沉降监测(2)，用于通过将检测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备构建联系，测得静力水准系统中各检测点位的沉降变化，并进行实时监测预警；
坡面监测(3)，用于通过基坑坡面上的倾斜测试设备计算坡面倾角变化，并进行实时监测预警。
2.根据权利要求1所述的一种管道工程深基坑作业安全监测方法，其特征在于，所述水平位移监测(1)的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑的预选测点一侧布置测距设备，在基坑另一侧设置固定靶点；
步骤二：通过测距设备发射目标激光射向固定靶点；
步骤三：由固定靶点反射激光至测距设备，测距设备接收反射激光测定基坑距离；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
3.根据权利要求1所述的一种管道工程深基坑作业安全监测方法，其特征在于，所述沉降监测(2)的监测方法包括以下步骤：
步骤一：将各个监测点位上的监测设备与基准点位上的监测设备通过管路连接；
步骤二：当监测点位高程变化时能够引起监测设备内液位的同步变化；
步骤三：得到监测点位和基准点位所在的基准高程面的相对高程变化，计算得到静力水准系统各测点的沉降变化；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
4.根据权利要求1所述的一种管道工程深基坑作业安全监测方法，其特征在于，所述坡面监测(3)的监测方法包括以下步骤：
步骤一：在基坑坡面上预设布置点；
步骤二：将倾斜测试设备安装在预设布置点位；
步骤三：通过倾斜测试设备X轴与Y轴的两种参数变化，综合计算出整体坡面倾角变化程度；
步骤四：通过数据分析处理，核验计算结果是否超过预警值。
5.一种管道工程深基坑作业安全监测装置，包括如权利要求1中所述的测距设备、监测设备以及倾斜测试设备，其特征在于：
所述测距设备包括激光测距仪(11)与激光反射靶点(12)；
所述监测设备包括静力水准仪(21)与升降螺纹杆(22)，所述静力水准仪(21)通过升降螺纹杆(22)固定在检测点位基坑内；
所述倾斜测试设备包括坡面测斜仪(31)。
6.根据权利要求5所述的一种管道工程深基坑作业安全监测装置，其特征在于：所述静力水准仪(21)包括容器(213)，所述容器(213)内固定设置有压力传感器(212)，所述压力传感器(212)上悬挂有自由浮筒(211)，所述容器(213)一侧连接有软管(23)。
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