CN117569389A - 一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地铁工程和地基工程技术领域，公开了一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，包括：一根设置在地铁结构内部的竖向钢管，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端与地铁结构的底部固定连接，其内部设置有可沿钢管轴向移动的滑块；一根设置在地铁结构外部的竖向钢索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与钢管的下端固定连接，其长度等于钢管的长度；一根设置在地铁结构外部的竖向测量索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与滑块固定连接，其长度等于钢管的长度；一台设置在地铁结构的顶部的测量仪，其与测量索连接，能够测量测量索的长度变化，并将测量结果传输到数据处理中心。

Description

一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置

技术领域

本发明属于地铁工程和地基工程技术领域，尤其涉及一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置。

背景技术

目前，随着城市化进程的加快，城市地下空间的开发利用日益增多，地铁作为一种高效、环保、节能的城市交通方式，已成为城市地下空间的主要占用者。然而，地铁的建设和运营也面临着许多挑战，其中之一就是如何保证地铁结构的安全性和稳定性，尤其是在邻近深基坃开挖的情况下。

深基坃开挖是指深度超过5m的基坃开挖，通常用于建设高层建筑、地下车库、地铁站等工程。深基坃开挖会改变周围土体的应力状态，导致土体发生变形，从而对邻近的地铁结构产生影响，引起地铁结构的沉降、倾斜、裂缝等破坏，危及地铁的安全运营和乘客的生命财产安全。

因此，对深基坃开挖对邻近地铁结构的影响进行监测和分析，是保证地铁工程安全的重要措施之一。目前，对深基坃开挖对邻近地铁结构影响的监测方法主要有以下几种：

地表沉降监测：通过在地表设置沉降点，利用水准仪或全站仪等仪器，定期测量沉降点的高程变化，反映地铁结构的竖向变形情况。该方法操作简便，监测范围广，但不能反映地铁结构的内部变形，也不能区分地铁结构和土体的变形。

地铁结构变形监测：通过在地铁结构上设置测斜管、测斜仪、应变计、裂缝计等仪器，定期测量地铁结构的倾斜角、应变量、裂缝宽度等参数，反映地铁结构的竖向和水平变形情况。该方法能够反映地铁结构的内部变形，但不能反映土体的变形，也不能实时监测，需要人工操作。

地铁结构动力响应监测：通过在地铁结构上设置加速度计、速度计、位移计等仪器，实时测量地铁结构在地铁列车通过时的动力响应，反映地铁结构的刚度和阻尼等特性，进而推断地铁结构的变形情况。该方法能够实时监测，但不能反映土体的变形，也不能直接测量地铁结构的静态变形，需要复杂的数据处理和分析。

以上监测方法各有优缺点，但都不能同时反映地铁结构和土体的变形，也不能同时实现实时监测和直接测量，因此，需要一种能够克服这些缺点，同时具有高效、准确、可靠、经济等特点的监测装置，来监测深基坃开挖对邻近地铁结构竖向变形的影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置。

本发明是这样实现的，一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，包括：

一根设置在地铁结构内部的竖向钢管，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端与地铁结构的底部固定连接，其内部设置有可沿钢管轴向移动的滑块；

一根设置在地铁结构外部的竖向钢索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与钢管的下端固定连接，其长度等于钢管的长度；

一根设置在地铁结构外部的竖向测量索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与滑块固定连接，其长度等于钢管的长度；

一台设置在地铁结构的顶部的测量仪，其与测量索连接，能够测量测量索的长度变化，并将测量结果传输到数据处理中心。

进一步，其特征在于，所述滑块的外表面设置有与钢管内壁相配合的凸缘，以防止滑块在钢管内部旋转或摆动。

进一步，所述测量仪为激光测距仪，能够通过激光束测量测量索的长度变化，具有高精度和高速度的特点。

进一步，所述数据处理中心为一台计算机，能够根据测量仪传输的测量结果，计算出地铁结构和土体的竖向位移，并将计算结果显示在屏幕上，或者通过网络或无线信号发送到其他设备上。

进一步，所述数据处理中心还能够根据预设的阈值，对地铁结构和土体的竖向位移进行分析和评估，如果发现超过阈值，就能够发出报警信号，提醒工作人员采取相应的措施。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一，本发明技术方案是通过设计一种能够同时监测地铁结构和土体的竖向变形，实现实时监测和直接测量，提高监测的效率和准确性，保证地铁工程的安全性和稳定性的监测装置，来解决现有技术存在的技术问题。本发明技术方案的核心是利用钢管、钢索、测量索、滑块、滑轮、测量仪、数据处理中心等组件，构成一个能够实现地铁结构和土体竖向位移的测量和分析的装置，具有以下创造性的技术效果：

本发明技术方案能够同时监测地铁结构和土体的竖向变形，通过测量钢管和测量索的长度变化，可以分别得到地铁结构的竖向位移和土体的竖向位移，从而反映深基坃开挖对地铁结构的竖向变形影响，解决了现有技术中不能同时反映地铁结构和土体的变形的问题。

本发明技术方案能够实现实时监测和直接测量，通过测量仪和数据处理中心的配合，可以实时获取和分析测量数据，无需人工操作，提高了监测的效率和准确性，解决了现有技术中不能实时监测和直接测量的问题。

本发明技术方案能够保证地铁工程的安全性和稳定性，通过对地铁结构和土体的竖向变形进行监测和分析，可以及时发现和预警潜在的危险，采取相应的措施，防止地铁结构的破坏和事故的发生，解决了现有技术中不能保证地铁工程的安全性和稳定性的问题。

第二，本发明是一种能够对深基坃开挖对邻近地铁结构竖向变形影响进行有效监测的装置，适用于地铁工程和地基工程的技术领域，具有以下技术效果和优点：

本发明可以同时反映地铁结构和土体的竖向位移，通过钢管和测量索的长度变化，可以区分地铁结构和土体的变形，从而评估深基坃开挖对地铁结构的竖向变形影响的大小和范围。

本发明可以实时直接测量地铁结构和土体的竖向位移，通过测量仪和数据处理中心的实时传输和分析，可以及时获取和处理测量数据，无需人工干预，提高了监测的效率和准确性。

本发明可以保证地铁工程的安全性和稳定性，通过对地铁结构和土体的竖向位移进行监测和分析，可以及时发现和预警潜在的危险，采取相应的措施，防止地铁结构的破坏和事故的发生。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

(1)本发明的技术方案可以为地铁工程和地基工程提供一种高效、准确、可靠、经济的监测方法，可以有效地预防和控制深基坃开挖对地铁结构的竖向变形影响，保证地铁工程的安全性和稳定性，减少地铁工程的风险和损失，提高地铁工程的质量和效益。

(2)本发明的技术方案可以为监测设备的生产和销售提供一个新的市场需求，可以促进监测设备的技术创新和产品升级，提高监测设备的市场竞争力和经济效益。

(3)本发明的技术方案可以为监测服务的提供和推广提供一个新的技术支撑，可以满足地铁工程和地基工程的监测需求，提高监测服务的水平和质量，扩大监测服务的市场规模和社会影响。

附图说明

图1是本发明实施例提供的深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置结构示意；

图2是本发明实施例提供的深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置钢管、滑块和凸缘的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置测量仪、数据处理中心和报警信号的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置钢索、测量索和滑轮的结构示意图。

图中：1、地铁结构；2、钢管；3、滑块；4、钢索；5、测量索；6、滑轮；7、测量仪；8、数据处理中心。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

要实现一台数据处理中心，配置有用于执行人工智能算法和模型的计算机硬件和软件，接收激光测距仪的测量结果，计算地铁结构和土体的竖向位移，并根据预设阈值进行分析和评估，发出超阈值警报，可以按照以下步骤进行：

硬件配置：

1)计算机系统：

使用高性能的计算机服务器，如配备多核处理器、高速内存和大容量存储的系统。

2)数据接口：

提供与激光测距仪连接的接口，如USB、串行接口或网络接口。

3)通信设备：

配置用于网络通信的设备，如路由器、调制解调器，以及无线通信模块。

软件配置：

1)操作系统：

安装稳定且安全的操作系统，如Linux或Windows Server。

2)数据处理软件：

开发或安装用于接收、存储和处理激光测距仪数据的软件。

3)人工智能算法和模型：

集成机器学习和数据分析工具包，如Python的SciKit-Learn、TensorFlow或PyTorch。

功能实现：

1)数据接收与处理：

设计软件以从激光测距仪实时接收数据，并对数据进行预处理，如去噪声、归一化等。

2)位移计算：

使用数据处理软件计算地铁结构和土体的竖向位移。这可以通过比较连续时间点的测量数据来实现。

3)阈值分析与评估：

设定地铁结构竖向位移的安全阈值。使用人工智能算法对位移数据进行实时分析，以判断是否超过这些阈值。

4)警报发出：

如果位移超过预设阈值，系统将自动触发警报，该功能可以通过集成的电子邮件系统、短信通知或声音/光信号报警来实现。

5)数据可视化：

提供用户友好的界面，展示实时数据、历史趋势、分析结果和警报状态。

6)远程访问和控制：

使数据处理中心能够通过网络远程访问和控制，以便技术人员能在任何位置监控和调整系统。

通过这些具体的实现方法，可以建立一个高效、可靠的数据处理中心，用于智能化监测和分析地铁结构的竖向变形，及时发出必要的警报，从而保障地铁安全。

如图1所示，一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，包括一根设置在地铁结构1内部的竖向钢管2，其上端与地铁结构1的顶部固定连接，其下端与地铁结构1的底部固定连接，其内部设置有可沿钢管2轴向移动的滑块3；一根设置在地铁结构1外部的竖向钢索4，其上端与地铁结构1的顶部固定连接，其下端通过滑轮6与钢管2的下端固定连接，其长度等于钢管2的长度；一根设置在地铁结构1外部的竖向测量索5，其上端与地铁结构1的顶部固定连接，其下端通过滑轮6与滑块3固定连接，其长度等于钢管2的长度；一台设置在地铁结构1的顶部的测量仪7，其与测量索5连接，能够测量测量索5的长度变化，并将测量结果传输到数据处理中心8。

如图2所示，所述滑块3的外表面设置有与钢管2内壁相配合的凸缘，以防止滑块3在钢管2内部旋转或摆动，保证滑块3的位置变化与测量索5的长度变化一致，提高测量的准确性。

如图3所示，所述测量仪7为激光测距仪，能够通过激光束测量测量索5的长度变化，具有高精度和高速度的特点，能够实时获取测量数据，并将测量数据传输到数据处理中心8，无需人工操作，提高测量的效率和可靠性。

如图4所示，所述数据处理中心8为一台计算机，能够根据测量仪7传输的测量数据，计算出地铁结构1和土体的竖向位移，并将计算结果显示在屏幕上，或者通过网络或无线信号发送到其他设备上，方便工作人员查看和分析，同时，数据处理中心8还能够根据预设的阈值，对地铁结构1和土体的竖向位移进行分析和评估，如果发现超过阈值，就能够发出报警信号，提醒工作人员采取相应的措施，保证地铁工程的安全性和稳定性。

实现这个系统需要以下的主要步骤：

1)硬件和软件配置：首先，需要配置高性能的计算机硬件，如多核CPU、大内存、高速硬盘等，以便于快速处理和存储大量数据。此外，还需安装并配置适合处理人工智能算法和模型的软件，如TensorFlow、PyTorch等。

2)激光测距仪接口：需要开发一个接口来接收激光测距仪的测量结果。这需要使用串口或网络接口，具体取决于测距仪的输出方式。

3)数据处理和分析：接收到测量结果后，需要使用人工智能算法和模型来计算地铁结构和土体的竖向位移。这涉及到点云数据处理、三维建模、位移计算等一系列复杂的计算过程。

4)阈值设置和警报：根据实际需要，设定一个阈值，当计算出的位移超过这个阈值时，系统会自动发出警报。这需要使用一些预警算法和策略，以确保系统能够在第一时间发出警报。

5)系统监控和维护：为了确保系统的正常运行，需要定期监控和维护系统。这包括检查系统状态、更新软件、备份数据、处理故障等一系列工作。

以上就是实现这个系统的主要步骤。具体的实现方法会根据实际的硬件设备、软件工具、数据格式、阈值设定、警报方式等因素有所不同。

在使用时，将本发明的各个组件安装在地铁结构1的内部和外部，如图1所示，将钢管2的上下端与地铁结构1的顶部和底部固定连接，将钢索4的上端与地铁结构1的顶部固定连接，将钢索4的下端通过滑轮6与钢管2的下端固定连接，将测量索5的上端与地铁结构1的顶部固定连接，将测量索5的下端通过滑轮6与滑块3固定连接，将测量仪7与测量索5连接，并将测量仪7和数据处理中心8通过导线或无线信号连接。当深基坃开挖对地铁结构1和土体产生影响时，地铁结构1和土体会发生竖向变形，从而导致钢管2和钢索4的长度发生变化，测量仪7能够测量测量索5的长度变化，并将测量结果传输到数据处理中心8，数据处理中心8能够根据测量结果，计算出地铁结构1和土体的竖向位移，并将计算结果显示或发送，同时，如果发现超过阈值，就能够发出报警信号，提醒工作人员采取相应的措施。

本技术方案中的深基坑开挖对地铁竖向变形影响监测装置，通过一系列精密的测量和计算设备，智能地监测和分析地铁结构的竖向变形。该方案利用了竖向钢管、钢索和测量索的组合，以及激光测距仪和数据处理中心，可以实现对地铁竖向变形的精确监控。以下是将这一方案智能化的步骤，结合人工智能的数学算法和模型：

1)数据采集：

使用激光测距仪持续监测测量索的长度变化，获取地铁结构竖向变形的实时数据。

2)数据预处理：

清洗和格式化从测量仪获得的数据，确保数据质量符合分析要求。

3)特征提取与分析：

应用数学模型，如时间序列分析或频谱分析，从测量数据中提取关键特征，用于判断地铁结构的变形模式和趋势。

4)机器学习模型应用：

使用机器学习算法(例如，回归分析、神经网络、支持向量机等)建立地铁结构竖向变形的预测模型，根据历史和实时数据预测未来的变形趋势。

5)阈值设定与实时监控：

设定地铁结构变形的安全阈值。利用实时监控系统，当变形数据接近或超过这些阈值时，系统将自动触发警报。

6)报警与响应系统：

集成一个自动化的报警系统，一旦检测到异常变形，立即通知工作人员，并提供的原因和建议的应对措施。

7)数据可视化与报告生成：

使用数据可视化工具，如图表和地图，动态展示地铁结构的变形状态。生成定期报告，总结变形趋势和潜在风险。

8)持续学习与模型优化：

系统根据新获得的数据持续优化模型，提高预测准确性和响应速度。

通过整合这些步骤，本技术方案不仅能够提供实时和准确的地铁结构竖向变形监测，还能智能化地分析数据，预测未来趋势，并在必要时自动触发警报，极大地提高了地铁结构安全监测的效率和效果。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，包括：

一根竖向钢管，设置在地铁结构内部，其上端与地铁结构顶部固定连接，下端与地铁结构底部固定连接；

一可沿钢管轴向移动的滑块，设置在钢管内部；

一根竖向钢索和一根竖向测量索，均设置在地铁结构外部，上端与地铁结构顶部固定连接，钢索下端通过滑轮与钢管下端固定连接，测量索下端通过滑轮与滑块固定连接；

一台激光测距仪，设置在地铁结构顶部，与测量索连接，用于测量测量索的长度变化；

一台数据处理中心，配置有用于执行人工智能算法和模型的计算机硬件和软件，接收激光测距仪的测量结果，计算地铁结构和土体的竖向位移，并根据预设阈值进行分析和评估，发出超阈值警报。

2.根据权利要求1所述的深基坑开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，所述滑块的外表面设有与钢管内壁相配合的凸缘，以防止滑块在钢管内部旋转或摆动，从而提高测量的准确性；所述数据处理中心进一步包含用于数据采集、预处理、特征提取、模型应用、阈值设定与实时监控、自动报警响应、数据可视化与报告生成的软件模块，以及持续学习与模型优化的功能，使得整个监测系统能够智能化地分析数据，实时预测未来变形趋势，并在必要时自动触发警报。

3.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，包括：

一根设置在地铁结构内部的竖向钢管，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端与地铁结构的底部固定连接，其内部设置有可沿钢管轴向移动的滑块；

一根设置在地铁结构外部的竖向钢索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与钢管的下端固定连接，其长度等于钢管的长度；

一根设置在地铁结构外部的竖向测量索，其上端与地铁结构的顶部固定连接，其下端通过滑轮与滑块固定连接，其长度等于钢管的长度；

一台设置在地铁结构的顶部的测量仪，其与测量索连接，能够测量测量索的长度变化，并将测量结果传输到数据处理中心。

4.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，所述滑块的外表面设置有与钢管内壁相配合的凸缘，以防止滑块在钢管内部旋转或摆动。

5.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，所述测量仪为激光测距仪，能够通过激光束测量测量索的长度变化，具有高精度和高速度的特点。

6.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，所述数据处理中心为一台计算机，能够根据测量仪传输的测量结果，计算出地铁结构和土体的竖向位移，并将计算结果显示在屏幕上，或者通过网络或无线信号发送到其他设备上。

7.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，所述数据处理中心还能够根据预设的阈值，对地铁结构和土体的竖向位移进行分析和评估，如果发现超过阈值，就能够发出报警信号，提醒工作人员采取相应的措施。

8.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，包含一台数据处理中心，该数据处理中心配置有执行人工智能算法和模型的计算机硬件和软件；该系统还包含一个接口，用于接收激光测距仪的测量结果；数据处理中心使用人工智能算法和模型来计算接收到的测量结果，得到地铁结构和土体的竖向位移；当计算出的位移超过预设阈值时，系统自动发出警报。

9.如权利要求1所述深基坃开挖对地铁竖向变形影响监测装置，其特征在于，该系统还包含一个监控模块，用于定期检查系统状态、软件更新、数据备份和处理故障，以保证系统的正常运行和数据的安全性。