自动智能基坑测斜系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自动智能基坑测斜系统，包括自动升降控制单元、测斜传感单元、远近程无线通信单元和供电单元，自动升降控制单元包括动力电机和自动升降控制装置，测斜传感单元包括测斜控制电路、测斜传感器装置和ZigBee单片机，远近程无线通信单元包括近程通信ZigBee单片机和远程通信DTU模块，供电单元包括地面供电单元和测斜传感供电单元。本发明专利技术自动智能基坑测斜系统采用全新的自动化测斜系统，摆脱了传统测斜仪对人工的依赖性，实现了全天候自动化测量，不但能够减少人为因素引起的测量误差，而且能够节省工程时间和成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基坑测斜系统，特别涉及一种全自动智能基坑测斜系统，属于基坑测斜领域。
技术介绍
基坑工程是一个古老而具有时代特点的综合性的岩土工程课题，放坡开挖和简易木桩围护可以追溯到远古时代。现代城市中深基坑工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁，又有地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构。在基坑工程实践中，工程的实际工作状态与设计工况往往存在一定的差异，基坑设计还不能全面而准确地反映工程的各种变化，所以在理论分析指导下有计划地进行现场工程检测就显得十分必要，因为稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，基坑事故一般都会造成严重的社会影响，轻则造成巨大的经济损失，重则造成施工人员严重伤亡。在基坑工程中，施工期间往往伴随着许多问题的发生，究其原因，信息化施工的程度不高成为事故频发的主要原因之一。由于深基坑工程的地质条件复杂多变，设计计算参数不尽合理，围护结构实际受到的荷载与计算结果存在差异，加之随着施工的进行，作用在围护结构上的侧向荷载处于动态变化中，围护结构及基坑周围的土层随之发生位移。鉴于岩土体工程性质的复杂多变性及各种计算模型局限性，大多数基坑工程设计与施工过程中实测数据间存在较大差异，现有学科理论和技术手段尚不能达到对之起到有效支持的地步。在工程设计阶段要求能够准确无误地预测基坑支护结构和周边土体在施工过程中的变化发展趋势成为工程的迫切需要，因此在基坑监测中，反映深层土体内部水平位移的监测项目测斜一直是业内人士最为关心的监测项目之一。测斜技术可以监测基坑边坡坡体深部变形特征、排桩变形后的形状，计算不同深度土体(桩体)位移，监测是否有土体失稳的预兆及现象，总结坑边垂直坡面上的位移随坑边距离变化的规律，更科学更安全的指导施工。因此，测斜项目在基坑工程的安全监测中举足轻重。然而，目前国内针对基坑监测的测斜系统大都存在着诸多不足之处，例如传统测斜仪精度低，测斜精度高的大都造价昂贵，基本依赖进口，对人工依赖性大，无法实现自动化测斜等。
技术实现思路
本专利技术自动智能基坑测斜系统公开了新的方案，采用全新的自动化测斜系统，摆脱了传统测斜仪对人工的依赖性，解决了现有基坑测斜装置无法自动测斜的问题。本专利技术自动智能基坑测斜系统包括自动升降控制单元、测斜传感单元、远近程无线通信单元和供电单元，自动升降控制单元包括动力电机和自动升降控制装置，测斜传感单元包括测斜控制电路、测斜传感器装置和ZigBee单片机，远近程无线通信单元包括近程通信ZigBee单片机和远程通信DTU模块，供电单元包括地面供电单元和测斜传感供电单元，地面供电单元给自动升降控制单元和远近程无线通信单元提供电源，测斜传感供电单元给测斜传感单元提供电源，自动升降控制单元拖动测斜传感器装置的探头沿土体测斜通道做升降运动采样土层参数，测斜传感单元将采样得到的土层参数传送给远近程无线通信单元，远近程无线通信单元将收到的信息通过互联网传送给终端设备。本专利技术自动智能基坑测斜系统采用全新的自动化测斜系统，摆脱了传统测斜仪对人工的依赖性，实现了全天候自动化测量，不但能够减少人为因素引起的测量误差，而且能够节省工程时间和成本。附图说明图1是基坑测斜原理示意图。图2是测斜传感器装置的探头在土层测斜通道内横截面剖面示意图。图3是本专利技术自动智能基坑测斜系统原理示意图。图4是红外测距装置实施例之一结构示意图。图5是红外测距装置实施例之二结构示意图。其中，121是红外信号通孔，122是红外发射管，123是红外接收管，124是测距主动轮，211是传感器探头，212是测斜管。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术作进一步说明。如图1所示，现有的目前基坑测斜工作的原理图。在需要监测土(岩)深层水平位移的场合，目前广泛采用的测斜方式是钻孔式测斜，即在被测土体中预先垂直埋设一根总长度不小于监测深度的专用测斜管。当埋设有测斜管的被测土体发生水平位移变化时，测斜管将发生相应的偏离垂直方向的扭曲变形，将一个内部装有测斜传感器的探头，下到钻孔中的测斜管内往返移动，分段测出导管轴线相对于铅垂线的倾斜角度，通过测斜仪逐段测量倾斜角度，根据分段长度和倾斜角度可以计算出不同土体深度对应的土体水平位移值，这个过程就是目前基坑工程中的测斜。图1示出了探头在侧斜管内移动分段长度L测得倾斜角度θ对应的土体水平位移的计算方法，即Δi＝Lsinθi，根据这个公式，把这些递增的水平偏差累积起来，从测孔底部始绘成曲线，结果就是初次观测与后来的任一次观测之间的水平偏移变化曲线，代表此观测期间土体发生的变形，即水平位移。因此，在探头的整个行程中测得的土体总水平位移是Sn＝∑Lsinθi。为了消除探头产生的机械偏差，测斜仪要进行正反程两次测量，取平均数来抵消单次测量产生的偏差。工程测斜中的测量深度是指测斜管在土体中的埋深，因为测斜管要穿出土体地面，因此埋深略短于测斜管长度。测斜管是一种塑料(或铝型材)制成的专用空心圆管，在其内壁上沿圆周方向每隔90度开有通长导槽，因此在测斜管内壁上有四条与测斜管轴线平行并相隔90度的导槽。测斜仪是一种由直径大约为40毫米、长度为500毫米以上的不锈钢金属防水管件，并在该管件内置有对倾斜角度敏感的传感器及由相关电子电路、密封连接接口构成的测量仪器，密封连接接口的作用是导出测量数据，并与人工牵拉的每隔500毫米做了标记的电缆线连接，测斜仪的金属不锈钢管件外壳上设有二对相距500毫米的导轮，每对导轮关于金属不锈钢管件的轴线对称，并分别被安置在呈圆管状的不锈钢管件的两侧。当测斜仪导入测斜管的导槽时，需要将二对导轮嵌入测斜管内壁互为180度的二条导槽中。完成对一个测斜监测点的监测通常是按照从测斜管的上部(穿出地面端)开始，将测斜仪放置入测斜管中，测斜仪的导轮被嵌入测斜管的导槽中，在重力作用下将测斜仪向测斜管下端以每隔500毫米的间隔下放，分段测出测斜管轴线相对于铅垂线的倾斜角度，记录测量数据并根据分段长度和倾斜角度计算每段对应的土体水平位移值，直到测斜管的底部。正程测量结束后，须将测斜仪从测斜管中拉出，将测斜仪沿测斜管轴线旋转180度后重新置入原先使用过的二条互为180度的导槽中(即镜面翻转)，将测斜仪下放到测斜管底部，仍然以500毫米为间隔向上提拉测斜仪，记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
自动智能基坑测斜系统，其特征是包括自动升降控制单元、测斜传感单元、远近程无线通信单元和供电单元，所述自动升降控制单元包括动力电机和自动升降控制装置，所述测斜传感单元包括测斜控制电路、测斜传感器装置和ZigBee单片机，所述远近程无线通信单元包括近程通信ZigBee单片机和远程通信DTU模块，所述供电单元包括地面供电单元和测斜传感供电单元，所述地面供电单元给所述自动升降控制单元和远近程无线通信单元提供电源，所述测斜传感供电单元给所述测斜传感单元提供电源，所述自动升降控制单元拖动所述测斜传感器装置的探头沿土体测斜通道做升降运动采样土层参数，所述测斜传感单元将采样得到的所述土层参数传送给所述远近程无线通信单元，所述远近程无线通信单元将收到的信息通过互联网传送给终端设备。

【技术特征摘要】
1.自动智能基坑测斜系统，其特征是包括自动升降控制单元、测斜传感单元、
远近程无线通信单元和供电单元，所述自动升降控制单元包括动力电机和自动升降
控制装置，所述测斜传感单元包括测斜控制电路、测斜传感器装置和ZigBee单片
机，所述远近程无线通信单元包括近程通信ZigBee单片机和远程通信DTU模块，
所述供电单元包括地面供电单元和测斜传感供电单元，所述地面供电单元给所述自
动升降控制单元和远近程无线通信单元提供电源，所述测斜传感供电单元给所述测
斜传感单元提供电源，所述自动升降控制单元拖动所述测斜传感器装置的探头沿土
体测斜通道做升降运动采样土层参数，所述测斜传感单元将采样得到的所述土层参
数传送给所述远近程无线通信单元，所述远近程无线通信单元将收到的信息通过互
联网传送给终端设备。
2.根据权利要求1所述的自动智能基坑测斜系统，其特征在于，所述自动升降
控制装置包括自动升降控制电路，所述自动升降控制电路包括STC12C5630AD微处
理器、动力电机驱动模块、时钟电路、红外测距电路、红外复位电路、起始位置复
位电路和电压采集模块，所述STC12C5630AD微处理器根据所述时钟电路发送来的
信号通过所述动力电机驱动模块控制所述动力电机运行，所述红外测距电路将监测
得到的所述测斜传感器装置探头的行进距离参数传送给所述STC12C5630AD微处理
器，所述STC12C5630AD微处理器通过所述红外复位电路复位同步所述测斜传感单
元，所述起始位置复位电路将采集得到的所述测斜传感器装置探头到达起始位置的
复位信号传送给所述STC12C5630AD微处理器，所述电压采集模块将采样得到的地
面供电电压参数传送给所述STC12C5630AD微处理器，所述STC12C5630AD微处理器
将收到的参数经处理后传送给所述远近程无线通信单元的近程通信ZigBee单片机，
所述近程通信ZigBee单片机将收到的参数信息通过所述远程通信DTU模块上传到
互联网终端设备。
3.根据权利要求2所述的自动智能基坑测斜系统，其特征在于，所述自动升降
控制装置还包括红外测距装置，所述红外测距装置包括测距圆盘、红外发射管、红
外接收管和信号电缆，所述测距圆盘的圆周边缘部上沿周向设有等圆心角规则排列
的一组红外信号通孔，所述红外发射管设在所述红外信号通孔的一端，所述红外接
收管设在所述红外信号通孔的另一端，所述信号电缆与所述测距圆盘形成沿所述测

\t距圆盘周向的摩擦拖动连接，所述动力电机带动所述信号电缆拖动所述测距圆盘旋
转，所述红外发射管发射的红外信号通过所述一组红外信号通孔中旋转轮换的红外
信号通孔被所述红外接收管接收产生间断的感光信号，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣正，胡鹏飞，陈学军，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31