基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置及方法，包括N个呈竖直设置的静力水准单元、可拆卸固定在每一静力水准单元底部且具有2个管口的转接单元、与转接单元的管口相连且用于连通静力水准单元的N+1个连通单元、用于将静力水准单元可拆卸固定于预制衬砌管片顶部各测点的Q个悬挂单元以及用于发送指令信号和接收数据的便携遥测与存储装置，其中Q大于N。本发明专利技术具备测量单元可循环使用、安装和维护成本低、可充分利用盾构施工顶部空间的优点；安装时测量单元可进行快速拆组，施工期安装方便快捷、工程适应性强；本发明专利技术的测量方法可解决现有技术条件下普遍存在的位于盾构机尾的后配套系统范围内较关键的先期沉降数据缺失问题。期沉降数据缺失问题。期沉降数据缺失问题。

【技术实现步骤摘要】
基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工沉降监测领域，尤其涉及一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置及方法。

技术介绍

[0002]盾构引起的施工沉降监测是盾构监测的必测项目。在现有技术条件下，国标《盾构法隧道施工及验收规范》gb50446
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2017规范要求隧道结构位移、净空收敛在衬砌环脱出盾尾且能通视时进行监测，且隧道结构监测初始值宜在管片壁后注浆凝固后12h内测量。依据规范要求，盾构施工中现场监测人员通常采用全站仪进行预制衬砌管片的高精度沉降监测，但是盾构后配套系统占据了盾构隧洞施工断面大部分断面空间，形成了对全站仪视线的长时间阻挡，只能在预制衬砌管片脱出盾构后配套系统之后才可以对预制衬砌管片变形进行监测，这使得盾构施工过程实际上很难达到规范中在管片壁后注浆凝固后12h内测量的要求。虽然全站仪法监测预制衬砌管片变形具有较高的灵活性和精准性，但造成目前盾构施工中普遍存在位于盾构机尾的后配套系统范围内较关键的先期沉降数据缺失的问题，无法准确掌握盾构开挖前期关键的地层沉降发展过程。
[0003]传统连通管式静力水准系统每个测点必须固定安装静力水准单元，系统投入大，加之连通管式静力水准单元虽精度高但体积较大，若采用常规的底部或墙壁固定方式，将挤占施工活动空间，难以在隧洞施工现场特别是盾构后配套系统范围内安装，限制了其在隧洞施工现场的使用。
[0004]目前，亟待解决以上问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的第一目的在于提出一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，该装置具备由静力水准单元、转接单元和连通单元组成的测量单元可循环使用、安装和维护成本低、可充分利用盾构施工顶部空间的优点，避免了一般静力水准单元安装成本大和技术要求高的问题。
[0006]本专利技术的第二目的是提供该基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置的安装方法，在该安装方法中测量单元可进行快速拆组，施工期安装方便快捷、工程适应性强。
[0007]本专利技术的第三目的是提供该基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置的测量方法，该测量方法可解决现有技术条件下普遍存在的位于盾构机尾的后配套系统范围内较关键的先期沉降数据缺失问题。
[0008]技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，包括N个呈竖直设置的静力水准单元、可拆卸固定在每一静力水准单元底部且具有2个管口的转接单元、与转接单元的管口相连且用于连通静力水准单元的N+1个连通单元、用于将静力水准单元可拆卸固定于预制衬砌管片顶部各测点的Q个悬挂单元以及用于发送指令信号和接收数据的便携遥测与存储装置，其中Q大于N。
[0009]其中，静力水准单元包括呈竖直设置的透明储液容器、固定于透明储液容器顶部并伸入透明储液容器内的磁致伸缩传感器、位于透明储液容器顶部且与便携遥测与存储装置和磁致伸缩传感器相电连接的控制设备、以及位于控制设备顶部用于连接悬挂单元的悬挂构件。
[0010]优选的，控制设备包括设备容器、位于设备容器内的集成控制电路板、集成于集成控制电路板上的主控制模块、通讯模块、测量模块和存储模块、以及可插取固定在设备容器内壁上的充电锂电池，当某一测点处的通讯模块接收到便携遥测与存储装置的液位测读指令时，将液位测读指令传输至主控制模块和其余测点处静力水准单元的通讯模块，每个静力水准单元的主控制模块通过测量模块向磁致伸缩传感器发出液位测读指令；当各测点的磁致伸缩传感器收到液位测读指令时，开始进行液位测读，并将测读结果传递给测量模块，测量模块将接收到的液位数据计算并传递给存储模块；当测量基准点处的测量模块接收到测量基准点液位数据时，将测量基准点液位数据通过测量基准点的通讯模块传递给其余各测点的通讯模块，并由其余各测点的通讯模块传递给对应的测量模块，完成其余测点相对于测量基准点的沉降计算；当某一测点处的通讯模块接收到便携遥测与存储装置的储存指令，并将储存指令传输至相应测点的通讯模块，相应测点的通讯模块将储存指令传给对应的主控制模块，主控制模块向存储模块发出存储指令，将沉降计算数据通过通讯模块返回给便携遥测与存储装置。
[0011]再者，转接单元包括与透明储液容器的底部相连通的透明三通硬管、位于透明三通硬管两侧管口处的硬管阀门以及分别与透明三通硬管两侧管口相连的快速接头。
[0012]进一步，连通单元包括与快速接头相连的透明软管、位于透明软管两端口处上的软管阀门和套在透明软管外侧的透明硬塑管套。
[0013]优选的，悬挂单元包括与悬挂构件配合连接的万向头和六角螺母，悬挂构件的中间设置有用于限定万向头转动的环形爪环，悬挂构件的外侧具有与六角螺母相适配的外螺纹，万向头可转动地固定在环形爪环内，六角螺母与悬挂构件外螺纹旋紧固定。
[0014]再者，透明储液容器上印制有居中水平设置的液位基准线，透明储液容器的内部存储有与与液位基准线平齐的有色防冻液体，透明储液容器的侧壁中上部设置有倾斜向上的通气孔。
[0015]进一步，静力水准单元的数量N为L/ρ的值取整，其中L为盾构后配套系统范围长度，ρ为设定的监测密度。
[0016]本专利技术一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置的安装方法，包括如下步骤：
[0017]测点的设置和分类：首先，在盾构施工的首个预制衬砌管片安装完成时，在其顶部相对居中位置布设沉降监测测点1，其次，在盾构施工的当前预制衬砌管片安装完成时，根据监测密度ρ决定是否在其顶部相对居中位置布设沉降监测测点Q，则自首个预制衬砌管片安装完成到当前预制衬砌管片安装完成时，所有测点可由1开始编号直至当前测点Q；将所有测点分为测量基准点和一般监测点，假设当前测点Q处初始沉降为0，并将测量基准点动态设置为当前测点Q，将其余测点设置为一般监测点；
[0018]根据当前测点Q与静力水准单元个数N的数值关系，动态循环安装方式分为两种：
[0019]当Q<＝N时：组合静力水准单元、转接单元和连通单元并动态安装于测点Q的悬挂
单元，首先将悬挂单元固定于测点Q上，同时在地面上将转接单元安装在静力水准单元的底部，在转接单元的一侧快速接头上安装连通单元，同时打开安装有连通单元的一侧管口处的硬管阀门，关闭转接单元另一侧管口处的硬管阀门；打开与快速接头相连的连通单元一端口处的软管阀门，关闭连通单元另一侧管口处的软管阀门；然后向静力水准单元内注入液体，最后将静力水准单元、转接单元和连通单元通过悬挂构件与悬挂单元相扣悬挂固定在测点Q；当Q>1时，将测点Q的静力水准单元与测点Q
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1的连通单元通过快速接头相连，并打开快速接头两侧的硬管阀门和软管阀门使液体连通；
[0020]当Q>N时：首先将朝向测点Q
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N+1的测点Q
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N端的转接单元的一侧管口处的快速接头两侧的硬管阀门和软管阀门关闭，再拆开与该快速接头相连接的连通单元；然后，当Q＝N+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：包括N个呈竖直设置的静力水准单元(1)、可拆卸固定在每一静力水准单元底部且具有2个管口的转接单元(2)、与转接单元的管口相连且用于连通静力水准单元的N+1个连通单元(3)、用于将静力水准单元可拆卸固定于预制衬砌管片(4)顶部各测点的Q个悬挂单元(5)以及用于发送指令信号和接收数据的便携遥测与存储装置(6)，其中Q大于N。2.根据权利要求1所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述静力水准单元(1)包括呈竖直设置的透明储液容器(11)、固定于透明储液容器顶部并伸入透明储液容器内的磁致伸缩传感器(12)、位于透明储液容器顶部且与便携遥测与存储装置和磁致伸缩传感器相电连接的控制设备(13)、以及位于控制设备顶部用于连接悬挂单元的悬挂构件(14)。3.根据权利要求2所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述控制设备(13)包括设备容器(131)、位于设备容器内的集成控制电路板(132)、集成于集成控制电路板上的主控制模块(133)、通讯模块(134)、测量模块(135)和存储模块(136)、以及可插取固定在设备容器(131)内壁上的充电锂电池(137)，当某一测点处的通讯模块(134)接收到便携遥测与存储装置(6)的液位测读指令时，将液位测读指令传输至主控制模块(133)和其余测点处静力水准单元的通讯模块(134)，每个静力水准单元的主控制模块(133)通过测量模块(135)向磁致伸缩传感器(12)发出液位测读指令；当各测点的磁致伸缩传感器(12)收到液位测读指令时，开始进行液位测读，并将测读结果传递给测量模块(135)，测量模块(135)将接收到的液位数据计算并传递给存储模块(136)；当测量基准点处的测量模块(135)接收到测量基准点液位数据时，将测量基准点液位数据通过测量基准点的通讯模块(134)传递给其余各测点的通讯模块(134)，并由其余各测点的通讯模块(134)传递给对应的测量模块(135)，完成其余测点相对于测量基准点的沉降计算；当某一测点处的通讯模块(134)接收到便携遥测与存储装置(6)的储存指令，并将储存指令传输至相应测点的通讯模块(134)，相应测点的通讯模块(134)将储存指令传给对应的主控制模块(133)，主控制模块(133)向存储模块(136)发出存储指令，将沉降计算数据通过通讯模块(134)返回给便携遥测与存储装置(6)。4.根据权利要求2所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述转接单元(2)包括与透明储液容器的底部相连通的透明三通硬管(21)、位于透明三通硬管两侧管口处的硬管阀门(22)以及分别与透明三通硬管两侧管口相连的快速接头(23)。5.根据权利要求2所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述连通单元(3)包括与快速接头相连的透明软管(31)、位于透明软管两端口处上的软管阀门(32)和套在透明软管外侧的透明硬塑管套(33)。6.根据权利要求2所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述悬挂单元(5)包括与悬挂构件(14)配合连接的万向头(51)和六角螺母(52)，悬挂构件(14)的中间设置有用于限定万向头转动的环形爪环(141)，悬挂构件(14)的外侧具有与六角螺母相适配的外螺纹(142)，万向头(51)可转动地固定在环形爪环(141)内，六角螺母(52)与悬挂构件(14)外螺纹旋紧固定。7.根据权利要求2所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述透明储液容器(11)上印制有居中水平设置的液位基准线(111)，透明储液容器的内部存
储有与液位基准线平齐的有色防冻液体(112)，透明储液容器(11)的侧壁中上部设置有倾斜向上的通气孔(113)。8.根据权利要求1所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置，其特征在于：所述静力水准单元(1)的数量N为L/ρ的值取整，其中L为盾构后配套系统范围长度，ρ为设定的监测密度。9.一种根据权利要求1至8任一所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：测点的设置和分类：首先，在盾构施工的首个预制衬砌管片安装完成时，在其顶部相对居中位置布设沉降监测测点1，其次，在盾构施工的当前预制衬砌管片安装完成时，根据监测密度ρ决定是否在其顶部相对居中位置布设沉降监测测点Q，则自首个预制衬砌管片安装完成到当前预制衬砌管片安装完成时，所有测点可由1开始编号直至当前测点Q；将所有测点分为测量基准点和一般监测点，假设当前测点Q处初始沉降为0，并将测量基准点动态设置为当前测点Q，将其余测点设置为一般监测点；根据当前测点Q与静力水准单元个数N的数值关系，动态循环安装方式分为两种：当Q<＝N时：组合静力水准单元、转接单元和连通单元并动态安装于测点Q的悬挂单元，首先将悬挂单元固定于测点Q上，同时在地面上将转接单元安装在静力水准单元的底部，在转接单元的一侧快速接头上安装连通单元，同时打开安装有连通单元的一侧管口处的硬管阀门，关闭转接单元另一侧管口处的硬管阀门；打开与快速接头相连的连通单元一端口处的软管阀门，关闭连通单元另一侧管口处的软管阀门；然后向静力水准单元内注入液体，最后将静力水准单元、转接单元和连通单元通过悬挂构件与悬挂单元相扣悬挂固定在测点Q；当Q>1时，将测点Q的静力水准单元与测点Q
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1的连通单元通过快速接头相连，并打开快速接头两侧的硬管阀门和软管阀门使液体连通；当Q>N时：首先将朝向测点Q
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N+1的测点Q
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N端的转接单元的一侧管口处的快速接头两侧的硬管阀门和软管阀门关闭，再拆开与该快速接头相连接的连通单元；然后，当Q＝N+1时，将测点1的静力水准单元和转接单元通过悬挂构件于悬挂单元拆卸，在地面上在转接单元的一侧管口上连接第N+1个连通单元并注入液体，在悬挂单元固定于测点Q后将拆下的静力水准单元、转接单元和第N+1个连通单元一同悬挂固定在测点Q；当Q>N+1时，将测点Q
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N的静力水准单元、转接单元以及与其连接的连通单元一并通过悬挂构件于悬挂单元拆卸，在悬挂单元固定于测点Q后将其悬挂固定在测点Q；最后将测点Q的静力水准单元与测点Q
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1的连通单元通过快速接头相连，并打开快速接头两侧的硬管阀门和软管阀门使液体连通。10.一种根据权利要求1至8任一所述的基于静力水准的盾构施工沉降动态监测装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：动态安装盾构施工沉降动态监测装置至测点2时进行首轮周期性沉降测读、计算和存储：将盾构施工沉降动态监测装置安装至测点2，测点2为本轮测量基准点，待静力水准单元内液面稳定后使用便携遥测与存储装置对设备容器内主控制模块发出指令，先令磁致伸缩传感器对测点1和2进行定时周期测读，后令测量模块计算并将其存储于存储模块，最后根据需要传输至便携遥测与存储装置；本轮首次测得测点1和2上静力水准单元的透明储液容器顶部至液面间距离分别为L1‑2‑0和L2‑2‑0，测点1透明储液容器顶部相较...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建，段丽敏，李良琦，郑军威，于文龙，
申请(专利权)人：河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程建设管理局，
类型：发明
国别省市：