水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统与方法技术方案

本发明专利技术提出了水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统与方法，包括：水囊、水压计/水位计、数据采集传输器及上位机；所述水囊内设置有水压计/水位计及数据采集传输器，所述水压计/水位计在水囊紧贴水底面时采集水压数据并通过数据采集传输器传输至上位机；所述上位机对接收的水压数据进行处理得到差异沉降值、沉降速率和沉降趋势曲线，同时根据初始点的绝对坐标高程信息，计算得到每一测点基于初始点的相对沉降隆起变形位移量，得到绝对变形位移值。形位移值。形位移值。

【技术实现步骤摘要】
水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统与方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，尤其涉及一种水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统与方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]盾构施工是建造穿越江河、海峡水下隧道的主要工法之一，在城市道路隧道运用较多，盾构法隧道工程技术在近几十年来向大深度、大断面、长距离的方向发展并建成一批超大直径的海(江)底隧道和城市道路隧道。
[0004]大直径盾构隧道因其施工高效性、结构安全耐久性常用于公路及铁路隧道建设。随着盾构隧道掘进速度和穿越各种复杂地层技术的提升，对隧道地表沉降隆起监测的需求与日俱增。对于大直径盾构隧道穿越海、江、河和水库等水域地带，水域区地表沉降的监测往往难度较大，设计一种水底铺设，对沉降区域多点、面式监测，为工程实际提供沉降信息的沉降监测方法是各科研院所和项目单位亟需解决的难题。
[0005]由于水域区域的特殊性，现有水域区地表沉降隆起监测方法多为仪器监测。仪器监测多为雷达监测系统,但受水域区影响较大，实施难度大，设备成本高。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，在建设期和运营期都适用，操作简单，满足精度要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了一种水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，包括：
[0009]水囊、水压计/水位计、数据采集传输器及上位机；
[0010]所述水囊内设置有水压计/水位计数据采集传输器，所述水压计/水位计在水囊紧贴水底面时采集水压数据并通过数据采集传输器传输至上位机；
[0011]所述上位机对接收的水压数据进行处理得到差异沉降值、沉降速率和沉降趋势曲线，同时根据初始点的绝对坐标高程信息，计算得到每一测点基于初始点的相对沉降隆起变形位移量，得到绝对变形位移值。
[0012]作为进一步的技术方案，所述水压计/水位计内设置有与所述数据采集传输器相连接的通信模块，该通信模块将处理转化后的数据传输至数据采集传输器。
[0013]作为进一步的技术方案，在沿盾构隧道前进方向施工影响区域铺设水囊，用于进行水下地表沉降隆起监测；
[0014]所述水囊内监测线与盾构方向垂直或平行，根据盾构直径与每日掘进环数设计水囊长度与宽度：水囊宽度为1.2
‑
1.5倍隧道直径，水囊长度为日掘进长度1.1
‑
1.2倍。
[0015]作为进一步的技术方案，所述水囊底部密贴有软管，所述软管上下贴有防水应变
片，防水应变片用于采集软管上下壁的应变，基于该应变推测软管底部变形大小，结合利用水压计/水位计采集的数据计算得到的变形位移量，确立地表沉降隆起变形。
[0016]作为进一步的技术方案，所述水囊布设位置随盾构掘进而移动。
[0017]作为进一步的技术方案，所述水囊内按行列布置多条检测线，每条监测线之间具有设定距离的高度差，检测线上设置多个水压计/水位计，通过各点水压差计算水域区地层的沉降隆起。
[0018]作为进一步的技术方案，所述水囊两端分别布设注抽水口和排气充气口，注抽水口连接水泵和水箱，排气充气口连接气泵，端口设有阀门，在排气、排水、注水、充气后可关闭。
[0019]作为进一步的技术方案，还包括注排水系统，所述注排水系统包括水箱和压力水泵，水囊端口通过管道连接水箱和压力水泵，将水加压输入管道内时，水囊下沉至水域区地表表面，并保证管道内液体始终处于水满状态，以记录各测点水压计/水位计显示正常为准；将空气加压输入管道内时，水囊上浮调整监测区域，或上浮至水面。
[0020]第二方面，公开了一种水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测方法，包括：
[0021]确定监测断面位置，在沿盾构隧道前进方向断面区域铺设水囊，水囊内监测线与盾构方向垂直或平行；
[0022]向水囊内进行抽气注水，使水囊缓慢下沉至检测面；
[0023]监测前测量初始压力与水位并记录，比较压力与水位标高是否一致来检查监测设备正常并计算初始水深与水下地表面标高；
[0024]通过实时监测，测量隧道开挖前中后的地面的水压与水位，与初始水深比较，计算沉降隆起面变化。
[0025]作为进一步的技术方案，还包括水囊移动：将水囊中的水抽出，并压入气体，让水囊浮出水面，移动到设定位置，再向水囊内进行抽气注水，使水囊缓慢下沉至检测面。
[0026]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0027]本专利技术技术方案在注排水系统控制下进行充水排气，排水充气，以实现水囊在水中的下沉和上浮。水囊所用材料易变形但体积不膨胀，能够保证水囊随水域区地表沉降而变形，并避免自身体积变化过大降低内部水压。
[0028]本专利技术技术方案特别适用在盾构隧道穿越水域区建设期由于施工导致水域地表起伏变形的实时监控，同时也是量测水下地表面地形的有效方法。本专利技术技术方案为既能满足工程需求，在建设期和运营期都适用，操作简单，又满足精度要求，成本合理的水域区地表沉降隆起监测系统。
[0029]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0030]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，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，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0031]图1为本专利技术实施例水囊使用状态示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例水囊内传感器布置示意图。
具体实施方式
[0033]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。
[0035]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0036]实施例一
[0037]本实施例公开了一种水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，包括：
[0038]水囊、水压计/水位计、数据采集传输器及上位机；
[0039]水囊内设置有水压计/水位计及数据采集传输器，所述水压计/水位计在水囊紧贴水底面时采集水压数据并通过数据采集传输器传输至上位机；
[0040]上位机对接收的水压数据进行处理得到差异沉降值、沉降速率和沉降趋势曲线，同时根据初始点的绝对坐标高程信息，计算得到每一测点基于初始点的相对沉降隆起变形位移量，得到绝对变形位移值。
[0041]其中，水压计/水位计采用水压数据传感器，上位机有用于采集水压数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，其特征是，包括：水囊、水压计/水位计、数据采集传输器及上位机；所述水囊内设置有水压计/水位计及数据采集传输器，所述水压计/水位计在水囊紧贴水底面时采集水压数据并通过数据采集传输器传输至上位机；所述上位机对接收的水压数据进行处理得到差异沉降值、沉降速率和沉降趋势曲线，同时根据初始点的绝对坐标高程信息，计算得到每一测点基于初始点的相对沉降隆起变形位移量，得到绝对变形位移值。2.如权利要求1所述的水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，其特征是，所述水压计/水位计内设置有与所述数据采集传输器相连接的通信模块，该通信模块将处理转化后的数据传输至数据采集传输器。3.如权利要求1所述的水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，其特征是，在沿盾构隧道前进方向施工影响区域铺设水囊，用于进行水下地表沉降隆起监测；所述水囊内监测线与盾构方向垂直或平行，根据盾构直径与每日掘进环数设计水囊长度与宽度：水囊宽度为1.2
‑
1.5倍隧道直径，水囊长度为日掘进长度1.1
‑
1.2倍。4.如权利要求1所述的水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，其特征是，所述水囊底部密贴有软管，所述软管上下贴有防水应变片，防水应变片用于采集软管上下壁的应变，基于该应变推测软管底部变形大小，结合利用水压计/水位计采集的数据计算得到的变形位移量，确立地表沉降隆起变形。5.如权利要求1所述的水下隧道施工中水域区地层隆起沉降变形监测系统，其特征是，所述水囊布设位置随盾构掘进而移动。6.如权利要求1所述的水下隧道施工中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑宏，闫邵航，杜昌言，王超，舒计城，王睿，牛余朋，李炳琦，张凯，
申请(专利权)人：中铁十四局集团大盾构工程有限公司，
类型：发明
国别省市：