盾构隧道地表沉降自动监测预警系统及预警方法技术方案

本发明专利技术提供一种盾构地表沉降自动监测预警系统，包括自动采集系统和预警系统，自动采集系统感知盾构地表沉降并产生相应的电信号，预警系统能够接收电信号数据，并能够在预定条件下自动预警。通过选取盾构机在正常波动的工况推进过程中，预先测出距刀盘不同距离的若干个监测点的样本时程曲线初始值，并采用样本包络线作为标准时程曲线的上下限，作为预警系统预警程序的沉降范围值，在需要调整盾构机工况时，在标准时程曲线对应的刀盘前方隧道轴线地表不同位置的监测点分别布设该系统，当预警系统接收到的监测值超出标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，预警系统自动预警。

Automatic Monitoring and Early Warning System and Method for Surface Settlement of Shield Tunnel

The invention provides an automatic monitoring and early warning system for shield surface settlement, including an automatic acquisition system and an early warning system. The automatic acquisition system senses shield surface settlement and generates corresponding electrical signals. The early warning system can receive electrical signal data and automatically early warning under predetermined conditions. By selecting the initial value of sample time history curve of several monitoring points at different distances from cutter head in advance of normal fluctuation of shield machine, and using sample envelope as upper and lower limit of standard time history curve, as settlement range value of early warning program of early warning system, tunnels in front of cutter head corresponding to standard time history curve should be adjusted when working condition of shield machine needs to be adjusted. The system is set up at different monitoring points on the surface of the axis. When the monitoring value received by the early warning system exceeds the upper limit of the standard time history curve and the lower limit of the standard time history curve, the early warning system can automatically warn.

【技术实现步骤摘要】
盾构隧道地表沉降自动监测预警系统及预警方法
本专利技术涉及盾构地表沉降监测领域，尤其是一种盾构隧道地表沉降自动监测预警系统及预警方法。
技术介绍
盾构法施工技术是地铁建设工程的关键技术，随着轨道交通建设的不断进行，盾构施工因其施工的快速、安全迅速在城市轨道交通建设中占据了一席之地。但盾构地表沉降也成为不可忽视的问题，目前虽然有对地表沉降的相关监测手段，但大多结构复杂，不能对其进行时时动态监控，无法根据实时监测数据分析、指导施工，调整工况。针对北京新机场线大直径盾构地铁隧道施工面临的隧道区间较长、穿过土层情况复杂、隧道直径大(8.8m)等客观问题，盾构机推进过程中经常要调整盾构机工况，在工况调整过程中容易出现参数调整不合理如推力过大、土压偏小实际欠压推进的情况，一旦参数不合理就可能出现地表沉降过大甚至塌陷的情况。因此有必要对盾构地表沉降采取行之有效的监测和预警措施，严格控制地表沉降，杜绝因地表沉降引发的上部结构安全隐患，显得尤为必要和紧迫。
技术实现思路
为解决上述问题，提出一种基于盾构隧道轴线地表监测点时程曲线规律设计的地表沉降自动监测预警系统及预警方法。本专利技术首先提供一种盾构地表沉降自动监测预警系统，包括自动采集系统和预警系统，其中，所述自动采集系统包括：i.两个静力水准仪，其中一个安装于正在推进的隧道轴线正上方地表的监测点，另一个安装于同一水平不受盾构推进影响的地表监测点，所述静力水准仪用于感知盾构隧道地表沉降并产生相应的电信号；ii.自动化采集电箱，分别与所述两个静力水准仪连接，用于采集静力水准仪产生的电信号；所述预警系统包括PC端，所述PC端能够通过无线传输接收自动化采集电箱传递的电信号数据，并能够在预定条件下自动预警。优选地，所述两个静力水准仪通过上部连接气管、中部连接气管以及下部连接水管连接。优选地，所述PC端具有数据处理模块，所述数据处理模块能够绘制时程曲线。优选地，所述PC端具有预警模块，所述预警模块当刀盘前方监测点在对应时程曲线上的位置沉降超出上下限时，能够自动发布红色预警。优选地，所述自动化采集电箱内有自动数据记录仪。本专利技术进一步提供一种自动监测预警方法，其特征在于包括如下步骤：(1)样本采集：盾构机正常波动的工况推进过程中，预先布置自动采集系统，预先采集样本时程曲线初始值；(2)确定标准时程曲线上、下限：根据样本时程曲线初始值绘制样本时程曲线群，进而得出上、下包络线，分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为预警系统预警程序的沉降范围值；(3)沉降监测：在标准时程曲线对应的刀盘前方不同距离的隧道轴线地表监测点分别布设自动采集系统，采集和监测盾构推进过程中刀盘前方各监测点的沉降值；(4)盾构机工况判断：若刀盘前方不同距离监测点的沉降值不超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，说明微调后的盾构机工况良好，可作为长期推进的参照工况；(5)自动预警：若刀盘前方不同距离监测点的沉降值超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，则说明微调后的工况异常，预警系统接收到相应信息，自动发布预警。优选地，步骤(1)预先采集样本时程曲线初始值具体为预先测出刀盘前方不同距离的隧道轴线地表若干个监测点的沉降初始值。优选地，步骤(1)进一步将样本依据斜率变化范围划分为五个阶段：超前影响阶段、刀盘到达前阶段、盾体通过阶段、盾尾脱出后阶段、长期沉降阶段，可灵活采集五个阶段中的某个、某几个或全部对应阶段监测值作为样本群，得出标准时程曲线上限和标准时程曲线下限。优选地，骤(3)所述自动采集系统具体布设几套依据实际情况确定，至少布设一套，系统可灵活随着盾构推进逐渐沿着隧道里程移动，始终保持对盾构刀盘前方地表进行监测。优选地，步骤(3)后具有步骤(31)：通过监测盾构刀盘前方地表监测点处于不同时程曲线阶段的沉降值，随着盾构机距离测点越来越近，能够实现实时动态监测，反向验证盾构机此时的工况是否合理。有益效果：本专利技术自动监测预警系统结构简单，布置方便，将样本时程曲线划分为五个阶段：超前影响阶段、刀盘到达前阶段、盾体通过阶段、盾尾脱出后阶段、长期沉降阶段，通过样本绘制上、下包络线分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为PC端预警程序的沉降范围值，在标准时程曲线对应的刀盘距监测点不同位置分别布设自动采集系统，当PC端预警系统接收到的监测值超出标准时程曲线上限或标准时程曲线下限，预警系统自动预警，通过监测盾构刀盘前方处于不同时程曲线阶段的地表监测点的沉降值，来反向验证盾构机此时的工况是否合理，尤其当需要微调盾构机工况的时候，借此能够对盾构机工况问题提前发现、及时调整，防止发生安全风险。附图说明图1为监测系统结构布置示意图；图2为阶段划分和样本处理示意图；图3为监测数据传输示意图。此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，但不构成对本专利技术的限定。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。如图1并参见图3所示，在本专利技术的一个具体实施方式，提出了一种盾构地表沉降自动监测预警系统，其原理为：在正在推进的隧道轴线上方和同一水平不受盾构推进影响点分别安装一个静力水准仪1，再分别连接自动化采集电箱2，就可以采集盾构刀盘距离监测点不同距离时监测点的沉降值，自动化采集电箱通过无线传输将数据传递到PC端，通过PC上的处理程序绘制时程曲线。本专利技术中，两个静力水准仪1采用北京基康公司BGK-4675静力水准仪，均安装于地表。本专利技术中，所述两个静力水准仪1通过上部连接气管3、中部连接气管4以及下部连接水管5连接，三根管保证两个静力水准仪内部水压和气压一致，确保水气压力平衡。本专利技术中，自动化采集电箱2集成自动数据记录仪，采用北京基康公司生产的BGK-DR自动数据记录仪，计算采用北京基康公司生产的32信道BGK-M工CRO分布式网络测量系统。本专利技术的另一个具体实施方式，提出了一种自动监测预警方法，包括如下步骤：(1)样本采集：盾构机正常波动的工况推进过程中，预先布置自动采集系统，预先采集样本时程曲线初始值；(2)确定标准时程曲线上、下限：根据样本时程曲线初始值绘制样本时程曲线群，进而得出上、下包络线，分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为预警系统预警程序的沉降范围值；(3)沉降监测：在标准时程曲线对应的刀盘前方不同距离的隧道轴线地表监测点分别布设自动采集系统，采集和监测盾构推进过程中刀盘前方各监测点的沉降值；(4)盾构机工况评估：若刀盘前方不同距离监测点的沉降值不超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，说明当前盾构机工况良好，可作为长期推进的参照工况；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道地表沉降自动监测预警系统，其特征在于包括自动采集系统和预警系统，其中，所述自动采集系统包括：i.两个静力水准仪，其中一个安装于正在推进的隧道轴线正上方地表的监测点，另一个安装于同一水平不受盾构推进影响的地表监测点，所述静力水准仪用于感知盾构隧道地表沉降并产生相应的电信号；ii.自动化采集电箱，分别与所述两个静力水准仪连接，用于采集静力水准仪产生的电信号；所述预警系统包括PC端，所述PC端能够通过无线传输接收自动化采集电箱传递的电信号数据，并能够在预定条件下自动预警。

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道地表沉降自动监测预警系统，其特征在于包括自动采集系统和预警系统，其中，所述自动采集系统包括：i.两个静力水准仪，其中一个安装于正在推进的隧道轴线正上方地表的监测点，另一个安装于同一水平不受盾构推进影响的地表监测点，所述静力水准仪用于感知盾构隧道地表沉降并产生相应的电信号；ii.自动化采集电箱，分别与所述两个静力水准仪连接，用于采集静力水准仪产生的电信号；所述预警系统包括PC端，所述PC端能够通过无线传输接收自动化采集电箱传递的电信号数据，并能够在预定条件下自动预警。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述两个静力水准仪通过上部连接气管、中部连接气管以及下部连接水管连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述PC端具有数据处理模块，所述数据处理模块能够绘制时程曲线。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述PC端具有预警模块，所述预警模块当刀盘前方监测点在对应时程曲线上的位置沉降超出上下限时，能够自动发布红色预警。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述自动化采集电箱内有自动数据记录仪。6.一种采用如权利要求1-5任一项所述盾构隧道地表沉降自动监测预警系统的自动监测预警方法，其特征在于包括如下步骤：(1)样本采集：盾构机正常波动的工况推进过程中，预先布置自动采集系统，预先采集样本时程曲线初始值；(2)确定标准时程曲线上、下限：根据样本时程曲线初始值绘制样本时程曲线群，进而得出上、下包络线，分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为预警系统预警程序的沉降范围值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：江华，李宏亮，周刘刚，武福美，刘双全，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，北京城建轨道交通建设工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11