沉井下沉预警方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及土木建筑行业中沉井基础技术领域，具体的讲是沉井下沉预警方法和 系统。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济建设逐步稳定的发展，基础建设项目日益增多，各类工程建设规模 也日益扩大，重大项目包括大跨度结构、地下洞室群、深大基础、高坝、海洋工程等日益增 多，它们的共同特点是施工规模大、范围广、周期长、过程复杂。沉井作为一种地基基础施工 技术，其特点是刚度大、承载力高、抗渗耐久性好，内部空间可利用，可在很大深度地下工程 及复杂地形和地质条件下施工，目前已广泛应用于各领域。
[0003] 在复杂多变的地层中实施沉井，由于不同土层间承载能力差异较大、摩擦系数多 变等特性，极易产生突沉、偏斜、井内涌水、涌土和超沉，沉井下沉的速度和方向极难控制， 现有技术没有提供系统的解决此问题的方法。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题，就是针对不同土层间承载能力差异较大、摩擦系数 多变等特性，极易产生突沉、偏斜、井内涌水、涌土和超沉，沉井下沉的速度和方向极难控制 的问题，提供一种在沉井整个着床、下沉过程中，通过数据传感器采集沉井的受力状态和实 时姿态的实测数据，为翻砂、突沉等不利工况提供可靠的预警预报数据监控。
[0005] 本发明为解决以上问题提供的沉井下沉预警方法，包括以下步骤：
[0006] a.沉井下沉前周期性采集测点数据，经过计算得到测点基础数据波动；
[0007] b.沉井下沉中周期性采集测点数据，经过计算得到测点即时数据波动；
[0008] c.针对测点的即时数据波动和基础数据波动的比值，得到当前周期该测点波动比 值；
[0009] d.任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一水平面相邻测点波动 比值超过第三预警区间下限，如果此时相邻测点竖直姿态变化率(竖直姿态变化率为同一 个测点连续两个周期波动比值的斜率)超过第一预警区间下限时，执行k，相邻测点竖直姿 态变化率未超过第一预警区间下限时，执行j ;
[0010] e.任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一竖直平面测点出现波 动比值超过第三预警区间下限或同一水平面相邻测点波动比值超过第二预警区间下限且 该相邻测点和该任一测点波动比值连续5个周期内保持大于等于30%的速率增长时，执行 k；
[0011] f.任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一竖直平面测点出现波 动比值超过第一预警区间下限且低于第三预警区间下限或同一水平面相邻测点波动比值 超过第二预警区间下限且该相邻测点和该任一测点波动比值连续5个周期内无法保持大于 等于30 %的速率增长时，执行j ;
[0012] g.任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时该测点所在区域发生过突沉或 翻砂，执行k;
[0013] h.任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同一水平面相邻测点和同一竖直平 面测点波动比值均小于第一预警区间下限且该测点所在区域未发生过突沉或翻砂，执行i;
[0014] i.沉井下沉预警系统发出一级预警，沉井下沉预警系统对此次预警进行记录；
[0015] j.沉井下沉预警系统发出二级预警，针对二级预警对施工措施进行调整；
[0016] k.沉井下沉预警系统发出三级预警，暂停施工并通过沉井下沉预警系统将三级预 警数据和结果发送至人工确认。
[0017] 可选的，人工通过分析沉井下沉预警系统反馈数据决定是否停止施工和作业人员 撤离。
[0018] 进一步的，采集周期为周期为lOmin。
[0019] 进一步的，测点数据至少包括土压力数据。
[0020] 进一步的，第一预警区间为(3,5]即波动比值大于3倍且小于等于5倍，所述第二预 警区间为(5,10]即波动比值大于5倍且小于等于10倍，所述第三预警区间为（10，+~]即波 动比值大于10倍。
[0021 ]可选的，一级预警、二级预警和三级预警通过蓝色、黄色和橙色进行区分。
[0022] 进一步的，测点基础数据波动是通过采集沉井下沉前一段时间内每个周期测点数 据，并将当前周期测点数据与之前每个周期测点数据对比和计算得到的。采集每个周期测 点数据，将当前周期该测点数据与之前每个周期该测点数据对比和计算，计算时使用人工 神经网络(人工神经网络是一种运算模型，由大量的节点之间相互联接构成。每个节点代表 一种特定的输出函数，称为激励函数。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信 号的加权值，称之为权重)t = f(WA'+b)得到基础数据波动，其中t为神经元输出即基础数据 波动，f为非线性隐函数，每个周期该测点数据为一个分量经过权重得到输入向量A，A'为A 向量的转置，W为权向量，b为偏置。最后再通过方差分析验证数据波动的准确性，同时通过 不断累积的方差分析数值对基础数据波动进行修正。
[0023] 进一步的，测点即时数据波动是通过采集沉井下沉中每个周期测点数据，并将当 前周期测点数据与之前每个周期测点数据对比和计算得到。采集每个周期测点数据，将当 前周期该测点数据与之前每个周期该测点数据对比和计算，计算时使用人工神经网络t' = f'（W'B'+b'）得到即时数据波动，其中t'为神经元输出为即时数据波动，f'为非线性隐函 数，每个周期该测点数据为一个分量经过权重得到输入向量B，B'为B向量的转置，W'为权向 量，b'为偏置。最后再通过方差分析验证数据波动的准确性，同时通过不断累积的方差分析 数值对即时数据波动进行修正。
[0024] 本发明还提供了沉井下沉预警系统，包括数据传感器、数据采集单元、数据传输单 元、数据处理单元和预警单元，其中数据传感器通过导线与数据采集单元连接，沉井中有沉 井刃脚踏面，在沉井刃脚踏面上方设有监测断面。其中监测断面上沿沉井外侧壁周边设置 数据传感器构成测点，数据采集单元分别与数据传感器和数据处理单元连接，数据传感器 采集测点数据，数据采集单元汇总数据传感器采集数据并传递至数据处理单元，数据处理 单元对采集数据进行处理并与测点历史周期数据对比得出测点数据波动，当即时数据波动 超过预警区间则进行预警。通过分层采集测点数据确认随着深度的变化沉井姿态数据、土 压力数据等的变化，同时每个周期根据沉井姿态数据、土压力数据等的变化得到数据波动 达到实时预警的目的。
[0025]进一步的，数据传感器与数据采集单元连接的导线设于沉井隔墙内。其目的在于 避免导线在沉井下沉过程中因外部原因造成损坏。
[0026]进一步的，数据传感器包括土压力盒、钢板应变计、钢筋应变计、侧摩阻力计和GPS 数据采集装置等。
[0027]进一步的，采集周期为周期为lOmin。
[0028] 可选的，数据传输单元使用3G或4G或WIFI无线传输。
[0029] 可选的，数据采集单元设于沉井顶部。
[0030] 可选的，数据传输单元将数据处理单元处理后的数据发送至终端设备。
[0031] 本发明的有益效果是，预警所需测点数据波动比值均根据不同的深度数据传感器 得到的测点数据进行周期实时统计，适用性广泛;安装完成后，数据采集、传输、分析、存档 以及低级别预警均为无人值守，系统自动完成，大大节约预报预警工作量，高级别预警可以 通过预警系统和人工确认准确性，有效提高预警精准度。
[0032]下面结合附图对本发明进一步说明，以使本领域技术人员能够实现本发明。
【附图说明】
[0033]图1为沉井下沉预警方法流程图；
[0034]图2为沉井下沉预警系统结构图；
[0035]图3为沉井俯视图；
[0036]图4为实施例1实测数据曲线图；
[0037]图5为实施例2实测数据曲线图；
[0038]图6为实施例3实测数据曲线图；
[0039]图中标记：1为土压力盒、2为数据采集单元、3为GPS数据采集装置、4为数据处理单 元、5为数据传输单元、6为预警单元、7为终端设备。
【具体实施方式】
[0040]如图1所示，沉井下沉预警方法流程图，首先通过沉井下沉预警系统在沉井下沉前 周期性采集测点数据，经过一段时间将当前周期该测点数据与之前每个周期该测点数据对 比和计算，计算时使用人工神经网络即t = f(WA'+b)得到基础数据波动，其中t为神经元输 出即基础数据波动，f为非线性隐函数，每个周期该测点数据为一个分量经过权重得到输入 向量A，A '为A向量的转置，W为权向量，b为偏置。最后再通过方差分析验证数据波动的准确 性，同时通过不断累积的方差分析数值对基础数据波动进行修正。在沉井下沉中周期性采 集测点即时数据波动，将当前周期测点数据与之前每个周期测点数据对比和计算得到。采 集每个周期测点数据，将当前周期该测点数据与之前每个周期该测点数据对比和计算，计 算时使用人工神经网络^=广（11'+13'）得到即时数据波动，其中^为神经元输出为即时 数据波动，f'为非线性隐函数，每个周期该测点数据为一个分量经过权重得到输入向量B， B'为B向量的转置，W'为权向量，b'为偏置。最后再通过方差分析验证数据波动的准确性，同 时通过不断累积的方差分析数值对即时数据波动进行修正。针对测点的即时数据波动和基 础数据波动的比值，得到当前周期该测点波动比值即通过波动比值和预警区间的判定 ? 来决定发出几级预警，当任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一水平面 相邻测点波动比值超过第三预警区间下限，如果此时相邻测点竖直姿态变化率超过第一预 警区间下限时，发出三级预警，相邻测点竖直姿态变化率未超过第一预警区间下限时，发出 二级预警。任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一竖直平面测点出现波 动比值超过第三预警区间下限或同一水平面相邻测点波动比值超过第二预警区间下限且 该相邻测点和该任一测点波动比值连续5个周期内保持大于等于30%的速率增长时，发出 三级预警。任一测点波动比值超过第二预警区间下限，同时满足同一竖直平面测点出现波 动比值超过第一预警区间下限且低于第三预警区间下限或同一水平面相邻测点波动比值 超过第二预警区间下限且该相邻测点和该任一测点波动比值连续5个周期内无法保持大于 等于30%的速率增长时，发出二级预警。任一测点波动比值