高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法技术方案

高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法，系统由传感器系统（1）、数据采集系统（9）、无线传输系统（13）和数据管理分析系统（17）构成，安装监测方法的步骤为：1、传感器系统埋设安装：①单点沉降计埋设安装，②土压力盒埋设安装，③孔隙水压力计埋设安装，④土壤湿度传感器埋设安装，⑤测斜仪埋设安装；2、数据采集系统设计与安装；3、无线传输系统安装与调试；4、数据管理分析系统安装；5、监测系统实施，可对高填方地基和高填方边坡在填方施工过程或工后变形与稳定进行无线远程综合监测，对高填方边坡变形及地下水环境改变等可能引发的地质灾害提前预警，实现信息化设计与施工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高填方变形监测领域，特别是一种高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法。
技术介绍
在“18亿亩耕地”不能触碰的红线下，山区城镇化建设和“一带一路”战略实施所需求的建设用地，大多通过削山填沟造地的方式来解决，削山填沟即会产生大量的高填方地基和高填方边坡。如山西吕梁机场最大填方81.9m，四川九黄机场最大填筑高度达102m的高填方机场工程；另外，十堰、兰州和延安都正在进行大规模的平山造地工程，2012年开始兰州新区平整土地约25km2，延安一期工程（北区）造地10.5km2，最大填土厚度105m，是目前世界上黄土地区规模最大的填方工程。这些高填方工程均存在不均匀沉降或侧向变形，其原因复杂：①山区和丘陵地区，地形高差大、工程地质条件与水文地质条件复杂；②高填方地基土石方量大，工期长，不均匀沉降和工后沉降难以控制；③高填方工程在建设过程中，会产生大量新的挖、填方高边坡；④高填方施工均会破坏原始地形，改变地表水径流及地下水渗流路径，造成土体强度变化，严重时引发填方湿化变形或滑坡等灾害。时有发生的高填方边坡滑塌灾害不断挑战着削山填沟造地战略的科学性，如宜昌三峡机场滑坡、云南丽江机场滑坡、贵州某机场滑坡、九黄机场滑坡、攀枝花机场多次滑坡等均造成了重大生命财产损失或严重社会影响；因此需要进行综合监测。截至目前，有关高填方的专门技术规范尚未形成，高填方设计和施工均处于初级的经验积累阶段。因为设计方法不成熟，高填方施工过程中，工程师们常采用所谓的信息化施工技术，即通过人工频繁的变形观测监控施工过程（目前高填方常规监测项目及监测方法见表1），并及时将观测成果反馈，供决策者调整设计和施工时参考，但这只能依赖于工程师们的经验判断，而且，上述信息化施工技术多显得盲目与被动。如表1中高填方表面变形监测和内部变形的水平位移监测方法均过于传统，且测量干扰因素多、误差大、耗时费力、无法达到实时监测；内部变形的分层沉降监测的仪器施工不便、埋设沉降管的部位不便进行压实施工作业、强夯或冲击碾压施工易破坏；地下水监测一般只监测水位，高填方施工过程和工后的含水量、孔隙水压力及土压力变化未见综合监测实例。因此，高填方变形设计与施工经验不足，事故多发。表1高填方常规监测项目及监测方法解决此问题最有效的途径就是开发一种新的监测系统，伴随施工过程和工后对高填方进行综合实时原位监测，其中高填方地基主要监测分层沉降与总沉降、土压力、孔隙水压力及含水量时空变化；高填方边坡主要监测坡顶沉降、深层水平位移、坡体内部孔隙水压力时空变化。本系统的安装实施可真正实现信息化设计和施工，有效减少高填方施工过程或工后沉降，对高填方边坡变形及地下水环境改变等可能引发的地质灾害提前预警，且具有重要的社会和经济效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法。本专利技术是高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法，高填方变形无线远程综合监测系统，由传感器系统1、数据采集系统9、无线传输系统13和数据管理分析系统17构成，高填方施工过程中和工后的多种信息能通过传感器系统1和数据采集系统9采集、存储数据，经过无线传输系统13将数据信号传递到监测单位上网电脑21的数据管理分析系统17；传感器系统1包括监测高填方地基27总沉降和分层沉降的单点沉降计2、监测高填方地基27不同填高土层土压力的土压力盒5、监测高填方地基27不同填高土层内孔隙水压力的孔隙水压力计6、监测高填方地基27不同填高土体内含水量的土壤湿度传感器7和监测高填方边坡28不同填高坡体内孔隙水压力的孔隙水压力计6、监测高填方边坡28不同填高坡体深层水平位移的测斜仪8；各传感器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线3与数据采集系统9连接，埋设测试导线3前套上PVC钢丝软管4；数据采集系统9依据接入各传感器信号传输的不同有A型数据采集模块10和I型数据采集模块11，二者通过太阳能供电设备12供电；其中单点沉降计2、土压力盒5和孔隙水压力计6属于智能型弦式传感器，用A型数据采集模块10采集数据；测斜仪8输出电压信号，用I型数据采集模块11采集数据，土壤湿度传感器7输出电流信号，根据其软件通讯协议，添加高精密电阻后，将电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块11采集数据；数据采集系统9的各采集模块用测试导线3串联；无线传输系统13包括DTU手机上网模块14、GRPS无线数据互联网15和DNS域名解析16；其中域名服务商提供的域名设置到现场的DTU手机上网模块14中，通过太阳能供电设备12供电，用户电脑在现场或远程通过域名服务商提供的登录软件，建立使用者电脑的IP与域名联系；现场DTU手机上网模块14通过GRPS无线数据互联网15上网，经DNS域名解析16找到与该域名对应的IP地址，实现传感器采集的数据无线远程传输；数据管理分析系统17包括DSC无线数据系统18、UDP联系19和数据库20；其中DSC无线数据系统18在使用者的上网电脑上安装，利用GRPS无线数据互联网15的互联网功能，通过约定域名的方式，建立DTU手机上网模块14与上网电脑之间的UDP联系19，采集积累数据、形成数据库20。高填方变形无线远程综合监测系统的安装监测方法，其所包含的步骤如下：A、传感器系统1埋设安装：（1）单点沉降计2埋设安装：①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并钻孔，孔径在90mm~127mm之间，钻孔铅垂，孔深达到基岩；②根据孔深计算出所需加长杆的长度，并配齐加长杆接头；③将底层锚头、PVC管、拉杆等底层锚固组件与一节加长杆相连接，然后往PVC管内注满混凝土浆；④将尼龙绳一端与PVC管上麻绳相连，绳长至少比孔深长3m；⑤将灌好浆的锚固组件插入孔内，下放至孔口处连接下一节加长杆，继续插入孔内并连接下一节加长杆，直至将所有加长杆连接完后最后连接单点沉降计；⑥用力压安装压杆，直到把底层锚头压至基岩为止；⑦底层锚头安装到位后，用力拉尼龙绳，PVC管被拉出孔底，混凝土浆沉入孔底，锚固底层锚头，然后剪断尼龙绳；⑧用综合测试仪对单点沉降计2进行全程监控，保证单点沉降计2处于最大量程的状态；⑨用沙子回填，压实；⑩装好单点沉降计2后，将测试导线3套上PVC钢丝软管4，挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个单点沉降计2，并将测试导线3套上PVC钢丝软管4，挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基27施工过程和工后不同填高土体处的分层沉降和总沉降；（2）土压力盒5埋设安装：①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于30cm；②土压力盒5承压膜面朝上放入孔内，底部填入10cm深中砂压实垫平，用水平尺控制将土压力盒5安装水平；③在其周围覆盖30cm厚的中砂，压实；④土压力盒5的测试导线3套上PVC钢丝软管4进行保护，挖槽引出至高填方坡脚处，本文档来自技高网...

【技术保护点】
高填方变形无线远程综合监测系统，由传感器系统（1）、数据采集系统（9）、无线传输系统（13）和数据管理分析系统（17）构成，其特征在于高填方施工过程中和工后的多种信息能通过传感器系统（1）和数据采集系统（9）采集、存储数据，经过无线传输系统（13）将数据信号传递到监测单位上网电脑（21）的数据管理分析系统（17）；传感器系统（1）包括监测高填方地基（27）总沉降和分层沉降的单点沉降计（2）、监测高填方地基（27）不同填高土层土压力的土压力盒（5）、监测高填方地基（27）不同填高土层内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方地基（27）不同填高土体内含水量的土壤湿度传感器（7）和监测高填方边坡（28）不同填高坡体内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方边坡（28）不同填高坡体深层水平位移的测斜仪（8）；各传感器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线（3）与数据采集系统（9）连接，埋设测试导线（3）前套上PVC钢丝软管（4）；数据采集系统（9）依据接入各传感器信号传输的不同有A型数据采集模块（10）和I型数据采集模块（11），二者通过太阳能供电设备（12）供电；其中单点沉降计（2）、土压力盒（5）和孔隙水压力计（6）属于智能型弦式传感器，用A型数据采集模块（10）采集数据；测斜仪（8）输出电压信号，用I型数据采集模块（11）采集数据，土壤湿度传感器（7）输出电流信号，根据其软件通讯协议，添加高精密电阻后，将电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）采集数据；数据采集系统（9）的各采集模块用测试导线（3）串联；无线传输系统（13）包括DTU手机上网模块（14）、GRPS无线数据互联网（15）和DNS域名解析（16）；其中域名服务商提供的域名设置到现场的DTU手机上网模块（14）中，通过太阳能供电设备（12）供电，用户电脑在现场或远程通过域名服务商提供的登录软件，建立使用者电脑的IP与域名联系；现场DTU手机上网模块（14）通过GRPS无线数据互联网（15）上网，经DNS域名解析（16）找到与该域名对应的IP地址，实现传感器采集的数据无线远程传输；数据管理分析系统（17）包括DSC无线数据系统（18）、UDP联系（19）和数据库（20）；其中DSC无线数据系统（18）在使用者的上网电脑上安装，利用GRPS无线数据互联网（15）的互联网功能，通过约定域名的方式，建立DTU手机上网模块（14）与上网电脑之间的UDP联系（19），采集积累数据、形成数据库（20）。...

【技术特征摘要】
1.高填方变形无线远程综合监测系统，由传感器系统（1）、数据采集系统（9）、无线传输系统（13）和数据管理分析系统（17）构成，其特征在于高填方施工过程中和工后的多种信息能通过传感器系统（1）和数据采集系统（9）采集、存储数据，经过无线传输系统（13）将数据信号传递到监测单位上网电脑（21）的数据管理分析系统（17）；
传感器系统（1）包括监测高填方地基（27）总沉降和分层沉降的单点沉降计（2）、监测高填方地基（27）不同填高土层土压力的土压力盒（5）、监测高填方地基（27）不同填高土层内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方地基（27）不同填高土体内含水量的土壤湿度传感器（7）和监测高填方边坡（28）不同填高坡体内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方边坡（28）不同填高坡体深层水平位移的测斜仪（8）；各传感器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线（3）与数据采集系统（9）连接，埋设测试导线（3）前套上PVC钢丝软管（4）；
数据采集系统（9）依据接入各传感器信号传输的不同有A型数据采集模块（10）和I型数据采集模块（11），二者通过太阳能供电设备（12）供电；其中单点沉降计（2）、土压力盒（5）和孔隙水压力计（6）属于智能型弦式传感器，用A型数据采集模块（10）采集数据；测斜仪（8）输出电压信号，用I型数据采集模块（11）采集数据，土壤湿度传感器（7）输出电流信号，根据其软件通讯协议，添加高精密电阻后，将电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）采集数据；数据采集系统（9）的各采集模块用测试导线（3）串联；
无线传输系统（13）包括DTU手机上网模块（14）、GRPS无线数据互联网（15）和DNS域名解析（16）；其中域名服务商提供的域名设置到现场的DTU手机上网模块（14）中，通过太阳能供电设备（12）供电，用户电脑在现场或远程通过域名服务商提供的登录软件，建立使用者电脑的IP与域名联系；现场DTU手机上网模块（14）通过GRPS无线数据互联网（15）上网，经DNS域名解析（16）找到与该域名对应的IP地址，实现传感器采集的数据无线远程传输；
数据管理分析系统（17）包括DSC无线数据系统（18）、UDP联系（19）和数据库（20）；其中DSC无线数据系统（18）在使用者的上网电脑上安装，利用GRPS无线数据互联网（15）的互联网功能，通过约定域名的方式，建立DTU手机上网模块（14）与上网电脑之间的UDP联系（19），采集积累数据、形成数据库（20）。
2.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有山区修筑公路、铁路、机场、房屋建筑的填方高度大于20m的深挖高填项目，其高填方地基（27）或高填方边坡（28）变形和稳定采用单点沉降计（2）、土压力盒（5）、孔隙水压力计（6）、土壤湿度传感器（7）、测斜仪（8）组成的传感器系统（1），通过数据采集系统（9）采集数据、经过无线传输系统（13）进行无线远程传输，最后通过使用者的上网电脑安装的数据管理分析系统（17）进行无线远程综合监测，监测频率根据施工进度和关键工况设定。
3.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有填方高度大于20m的深挖高填项目，其高填方地基（27）在施工过程和工后的沉降变形通过不同埋深的单点沉降计（2）进行监测，即随着填方高度的增加，在不同设计高度处钻孔至原地面以下稳定持力层，埋设多个单点沉降计（2），通过数据采集系统（9）既可测得分层沉降又可测得总沉降。
4.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有采用土壤湿度传感器（7）监测地基土含水量的项目，根据土壤湿度传感器（7）软件通讯协议，添加高精密电阻，将其电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）实现实时无线远程监测，采用高精密电阻型号为510Ω、15W。
5.高填方变形无线远程综合监测系统的安装监测方法，其所包含的步骤如下：
A、传感器系统（1）埋设安装：
（1）单点沉降计（2）埋设安装：
①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并钻孔，孔径在90mm~127mm之间，钻孔铅垂，孔深达到基岩；
②根据孔深计算出所需加长杆的长度，并配齐加长杆接头；
③将底层锚头、PVC管、拉杆等底层锚固组件与一节加长杆相连接，然后往PVC管内注满混凝土浆；
④将尼龙绳一端与PVC管上麻绳相连，绳长至少比孔深长3m；
⑤将灌好浆的锚固组件插入孔内，下放至孔口处连接下一节加长杆，继续插入孔内并连接下一节加长杆，直至将所有加长杆连接完后最后连接单点沉降计；
⑥用力压安装压杆，直到把底层锚头压至基岩为止；
⑦底层锚头安装到位后，用力拉尼龙绳，PVC管被拉出孔底，混凝土浆沉入孔底，锚固底层锚头，然后剪断尼龙绳；
⑧用综合测试仪对单点沉降计（2）进行全程监控，保证单点沉降计（2）处于最大量程的状态；
⑨用沙子回填，压实；
⑩装好单点沉降计（2）后，将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；
伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个单点沉降计（2），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基（27）施工过程和工后不同填高土体处的分层沉降和总沉降；
（2）土压力盒（5）埋设安装：
①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于30cm；
②土压力盒（5）承压膜面朝上放入孔内，底部填入10cm深中砂压实垫平，用水平尺控制将土压力盒（5）安装水平；
③在其周围覆盖30cm厚的中砂，压实；
④土压力盒（5）的测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4）进行保护，挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；
伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个土压力盒（5），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基（27）施工过程和工后不同填高土体处所受压力；
（3）孔隙水压力计（6）埋设安装：
①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于20cm；
②孔隙水压力计（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彦鹏，杨校辉，王秀丽，贾亮，周勇，郭楠，师占宾，蔡文霄，严锐鹏，杨晓宇，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62