盾构施工管片沉降自动监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种盾构施工管片沉降自动监测系统及其监测方法，包括：竖直地安装于车架尾部的顶面且朝向管片环顶部的第一激光测距仪和第二激光测距仪，第一激光测距仪与第二激光测距仪的间距等于管片环的环宽；可转动地安装于车架头部的顶面且朝向管片环顶部的第三激光测距仪；安装连接于第一激光测距仪、第二激光测距仪以及第三激光测距仪上的高程测量装置，与盾构的工控机连接，高程测量装置用于测量第一激光测距仪与第二激光测距仪的第一高程差以及第一激光测距仪与第三激光测距仪的第二高程差。在盾构掘进的过程中实时地对管片环的高程进行监测，以获取到管片环的沉降数据，无需人工测量实现了自动化的监测、提高了管片环沉降监测的精度。管片环沉降监测的精度。管片环沉降监测的精度。

【技术实现步骤摘要】
盾构施工管片沉降自动监测系统及其监测方法


[0001]本专利技术涉及盾构施工
，特指一种盾构施工管片沉降自动监测系统及其监测方法。

技术介绍

[0002]盾构机施工过程中需要对施工扰动区域的管片沉降情况进行测量，测量结果指导现场施工，确保工程安全，同时也是预测地表沉降的重要依据。参见图1，常见管片沉降监测方法为人工精密水准测量，所需作业人员两人，水准仪11操作人员一人，水准尺12操作人员一人。作业时，两人沿固定水准路线将隧道内稳定区域的水准点高程引测至作业面附近的临时水准点13上，使水准仪11视线高程短暂接入工程高程系统，水准尺12操作人员将水准尺12逐环放置于管片底部前沿中心供水准仪11操作人员观测并记录视线高，观测结束后水准仪11操作员将观测记录整理并计算，与前次观测记录对比获得管片沉降量。但是该方法耗费人力与时间，监测效率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种盾构施工管片沉降自动监测系统及其监测方法，以解决现有人工精密水准测量的方式耗费人力与时间，监测效率低的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了一种盾构施工管片沉降自动监测系统，所述监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：
[0005]竖直地安装于所述车架尾部的顶面且朝向管片环顶部的第一激光测距仪和第二激光测距仪，与所述盾构的工控机连接，所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的间距等于所述管片环的环宽，通过所述第一激光测距仪测得所述第一激光测距仪与对应管片环上检测点的第一间距
△
ha1，通过所述第二激光测距仪测得所述第二激光测距仪与对应管片环上检测点的第二间距
△
ha2；
[0006]可转动地安装于所述车架头部的顶面且朝向管片环顶部的第三激光测距仪，所述第三激光测距仪、所述第一激光测距仪以及所述第二激光测距仪在水平方向上对齐设置，所述第三激光测距仪与所述盾构的工控机控制连接，通过所述工控机控制所述第三激光测距仪转动调节以使所述第三激光测距仪依次地对准当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上的检测点，以测得所述第三激光测距仪分别与当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的若干个第三间距D；以及
[0007]安装连接于所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪以及所述第三激光测距仪上的高程测量装置，与所述盾构的工控机连接，所述高程测量装置用于测量所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的第一高程差
△
hab以及所述第一激光测距仪与所述第三激光测距仪的第二高程差
△
hac，盾构每拼装完成一环管片环，并测得所述第一高程差
△
hab、所述第二高程差
△
hac、所述第一间距
△
ha1、所述第二间距
△
ha2以及所述第三间距D，结合
所述第一激光测距仪对应检测点的设定高程值HA计算出所述第二激光测距仪对应检测点的高程值HB、当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的高程值HN，根据若干组高程值的差值以计算出管片环的沉降数值。
[0008]本专利技术的管片沉降自动监测系统安装于盾构盾尾的车架上，随着盾构不断掘进，盾构每拼装完成一环管片环，获取一组第一激光测距仪对应检测点的设定高程值HA、第二激光测距仪对应检测点的高程值HB、当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的高程值HN的监测数据，根据所获取的若干组高程值的差值可以计算出管片环的沉降数值，实现了在盾构掘进的过程中同时完成对管片环的沉降的实时监控，无需人工操作测量，节省了人力和时间，提高了管片环沉降量的监测精度。
[0009]本专利技术盾构施工管片沉降自动监测系统的进一步改进在于，所述高层测量装置包括安装于所述第一激光测距仪上的第一液体静力水准仪、安装于所述第二激光测距仪上的第二液体静力水准仪、安装于所述第三激光测距仪上的第三液体静力水准仪、安装连接于所述第一液体静力水准仪与所述第二液体静力水准仪之间的第一水管和第一气管以及安装连接于所述第二液体静力水准仪与所述第三液体静力水准仪之间的第二水管与第二气管；
[0010]所述第一液体静力水准仪、所述第二液体静力水准仪以及所述第三液体静力水准仪依次连接并与所与所述盾构的工控机连接。
[0011]本专利技术盾构施工管片沉降自动监测系统的进一步改进在于，所述第一激光测距仪的设置方向与所述管片环的中轴线的方向一致。
[0012]本专利技术盾构施工管片沉降自动监测系统的进一步改进在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的云台，所述第三激光测距仪可转动地安装于所述云台上。
[0013]本专利技术还提供了一种利用如上述的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，包括如下步骤：
[0014]在盾构拼装完成当前管片环时，所述工控机控制所述第一激光测距仪测得所述第一激光测距仪与对应管片环上检测点的第一间距
△
ha1，所述工控机控制所述第二激光测距仪测得所述第二激光测距仪与对应管片环上检测点的第二间距
△
ha2；
[0015]所述工控机控制所述第三激光测距仪转动，以使所述第三激光测距仪依次地对准当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上的检测点，以测得所述第三激光测距仪与当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的若干个第三间距D；
[0016]所述高程测量装置测量所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的第一高程差
△
hab以及所述第一激光测距仪与所述第三激光测距仪的第二高程差
△
hac；
[0017]所述工控机获取当前时刻的所述第一高程差
△
hab、所述第二高程差
△
hac、所述第一间距
△
ha1、所述第二间距
△
ha2以及所述第三间距D，结合所述第一激光测距仪对应检测点的设定高程值HA计算出所述第二激光测距仪对应检测点的高程值HB、当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的高程值HN；
[0018]随着盾构不断掘进，所述工控机获取并计算出相应的管片环上检测点的高程值，根据若干组高程值的差值以计算出管片环的沉降数值。
[0019]本专利技术盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法的进一步改进在于，根据如下公式计算得到所述第二激光测距仪对应检测点的高程值HB：
[0020]HB＝HA
‑△
ha1+
△
hab+
△
hb2；
[0021]其中，HA为所述第一激光测距仪对应检测点的设定高程值，
△
ha1为所述第一激光测距仪与对应管片环上检测点的第一间距，
△
hab为所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的第一高程差，
△
hb2为所述第二激光测距仪与对应管片环上检测点的第二间距。
[0022]本专利技术盾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，所述监测系统安装于盾构盾尾的车架上，所述监测系统包括：竖直地安装于所述车架尾部的顶面且朝向管片环顶部的第一激光测距仪和第二激光测距仪，与所述盾构的工控机连接，所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的间距等于所述管片环的环宽，通过所述第一激光测距仪测得所述第一激光测距仪与对应管片环上检测点的第一间距
△
ha1，通过所述第二激光测距仪测得所述第二激光测距仪与对应管片环上检测点的第二间距
△
ha2；可转动地安装于所述车架头部的顶面且朝向管片环顶部的第三激光测距仪，所述第三激光测距仪、所述第一激光测距仪以及所述第二激光测距仪在水平方向上对齐设置，所述第三激光测距仪与所述盾构的工控机控制连接，通过所述工控机控制所述第三激光测距仪转动调节以使所述第三激光测距仪依次地对准当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上的检测点，以测得所述第三激光测距仪分别与当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的若干个第三间距D；以及安装连接于所述第一激光测距仪、所述第二激光测距仪以及所述第三激光测距仪上的高程测量装置，与所述盾构的工控机连接，所述高程测量装置用于测量所述第一激光测距仪与所述第二激光测距仪的第一高程差
△
hab以及所述第一激光测距仪与所述第三激光测距仪的第二高程差
△
hac，盾构每拼装完成一环管片环，并测得所述第一高程差
△
hab、所述第二高程差
△
hac、所述第一间距
△
ha1、所述第二间距
△
ha2以及所述第三间距D，结合所述第一激光测距仪对应检测点的设定高程值HA计算出所述第二激光测距仪对应检测点的高程值HB、当前拼装环以及当前拼装环后方的若干个管片环上检测点的高程值HN，根据若干组高程值的差值以计算出管片环的沉降数值。2.如权利要求1所述的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，所述高层测量装置包括安装于所述第一激光测距仪上的第一液体静力水准仪、安装于所述第二激光测距仪上的第二液体静力水准仪、安装于所述第三激光测距仪上的第三液体静力水准仪、安装连接于所述第一液体静力水准仪与所述第二液体静力水准仪之间的第一水管和第一气管以及安装连接于所述第二液体静力水准仪与所述第三液体静力水准仪之间的第二水管与第二气管；所述第一液体静力水准仪、所述第二液体静力水准仪以及所述第三液体静力水准仪依次连接并与所与所述盾构的工控机连接。3.如权利要求1所述的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，所述第一激光测距仪的设置方向与所述管片环的中轴线的方向一致。4.如权利要求1述的盾构施工管片沉降自动监测系统，其特征在于，还包括安装于所述车架头部的顶面的云台，所述第三激光测距仪可转动地安装于所述云台上。5.一种利用如权利要求1至4中任一项所述的盾构施工管片沉降自动监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：在盾构拼装完成当前管片环时，所述工控机控制所述第一激光测距仪测得所述第一激光测距仪与对应管片环上检测点的第一间距
△
ha1，所述工控机控制所述第二激光测距仪测得所述第二激光测距仪与对应管片环上检测点的第二间距
△
ha2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，李程，麻逸山，费寅，宋兴宝，陈刚，王延年，李章林，何国军，范杰，陈培新，寇晓勇，
申请(专利权)人：上海隧道盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：