盾构隧道地表沉降自动监测预警系统的制作方法

本发明涉及盾构地表沉降监测领域，尤其是一种盾构隧道地表沉降自动监测预警系统。

背景技术：

盾构法施工技术是地铁建设工程的关键技术，随着轨道交通建设的不断进行，盾构施工因其施工的快速、安全迅速在城市轨道交通建设中占据了一席之地。但盾构地表沉降也成为不可忽视的问题，目前虽然有对地表沉降的相关监测手段，但大多结构复杂，不能对其进行时时动态监控，无法根据实时监测数据分析、指导施工，调整工况。

针对北京新机场线大直径盾构地铁隧道施工面临的隧道区间较长、穿过土层情况复杂、隧道直径大(8.8m)等客观问题，盾构机推进过程中经常要调整盾构机工况，在工况调整过程中容易出现参数调整不合理如推力过大、土压偏小实际欠压推进的情况，一旦参数不合理就可能出现地表沉降过大甚至塌陷的情况。

因此有必要对盾构地表沉降采取行之有效的监测和预警措施，严格控制地表沉降，杜绝因地表沉降引发的上部结构安全隐患，显得尤为必要和紧迫。

技术实现要素：

为解决上述问题，提出一种基于地表轴线点时程曲线规律设计的地表沉降自动监测预警系统。

本发明提供一种盾构隧道地表沉降自动监测预警系统，包括自动采集系统和预警系统，其中，

所述自动采集系统包括：

i.两个静力水准仪，其中一个安装于正在推进的隧道轴线正上方地表的监测点，另一个安装于同一水平不受盾构推进影响的地表监测点，所述静力水准仪用于感知盾构隧道地表沉降并产生相应的电信号；

ii.自动化采集电箱，分别与所述两个静力水准仪连接，用于采集静力水准仪产生的电信号；

所述预警系统包括PC端，所述PC端能够通过无线传输接收自动化采集电箱传递的电信号数据，并能够在预定条件下自动预警。

优选地，所述两个静力水准仪通过上部连接气管、中部连接气管以及下部连接水管连接。

优选地，所述PC端具有数据处理模块，所述数据处理模块能够绘制时程曲线。

优选地，所述PC端具有预警模块，所述预警模块当刀盘前方监测点在对应时程曲线上的位置沉降超出上下限时，能够自动发布红色预警。

优选地，所述自动化采集电箱内有自动数据记录仪。

有益效果：本发明自动监测预警系统结构简单，布置方便，PC端能够绘制时程曲线，当PC端预警系统接收到的监测值超出标准时程曲线上限或标准时程曲线下限，预警系统自动预警，通过监测盾构刀盘前方处于不同时程曲线阶段的地表监测点的沉降值，来反向验证盾构机此时的工况是否合理，尤其当需要微调盾构机工况的时候，借此能够对盾构机工况问题提前发现、及时调整，防止发生安全风险。

附图说明

图1为监测系统结构布置示意图；

图2为阶段划分和样本处理示意图；

图3为监测数据传输示意图。

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但不构成对本发明的限定。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

如图1并参见图3所示，在本发明的一个具体实施方式，提出了一种盾构地表沉降自动监测预警系统，其原理为：在正在推进的隧道轴线上方和同一水平不受盾构推进影响点分别安装一个静力水准仪1，再分别连接自动化采集电箱2，就可以采集盾构刀盘距离监测点不同距离时监测点的沉降值，自动化采集电箱通过无线传输将数据传递到PC端，通过PC上的处理程序绘制时程曲线。

本发明中，两个静力水准仪1采用北京基康公司BGK-4675静力水准仪，均安装于地表。

本发明中，所述两个静力水准仪1通过上部连接气管3、中部连接气管4以及下部连接水管5连接，三根管保证两个静力水准仪内部水压和气压一致，确保水气压力平衡。

本发明中，自动化采集电箱2集成自动数据记录仪，采用北京基康公司生产的BGK-DR自动数据记录仪，计算采用北京基康公司生产的32信道BGK-M工CRO分布式网络测量系统。

应用本发明的盾构地表沉降自动监测预警系统的自动监测预警方法如下：

(1)样本采集：盾构机正常波动的工况推进过程中，预先布置自动采集系统，预先采集样本时程曲线初始值；

(2)确定标准时程曲线上、下限：根据样本时程曲线初始值绘制样本时程曲线群，进而得出上、下包络线，分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为预警系统预警程序的沉降范围值；

(3)沉降监测：在标准时程曲线对应的刀盘前方不同距离的隧道轴线地表监测点分别布设自动采集系统，采集和监测盾构推进过程中刀盘前方各监测点的沉降值；

(4)盾构机工况评估：若刀盘前方不同距离监测点的沉降值不超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，说明当前盾构机工况良好，可作为长期推进的参照工况；

(5)自动预警：若刀盘前方不同距离监测点的沉降值超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，则说明当前工况异常，预警系统接收到相应信息，自动发布预警。

时程曲线的含义为：盾构推进过程中，盾构前方的地表测点随着盾构推进，测点距盾构不同距离时刻的沉降值曲线称为时程曲线。

在盾构机工况改变前，盾构机工况正常波动的情况下，预先布置自动采集系统，采集测出距刀盘不同距离的若干个监测点的样本时程曲线初始值，作为预警系统预警程序的沉降范围值。

本发明将样本依据斜率变化范围划分为五个阶段：超前影响阶段、刀盘到达前阶段、盾体通过阶段、盾尾脱出后阶段、长期沉降阶段。由于时程曲线具有一致规律，且盾构机参数波动会使实测时程曲线在两个包络线范围内波动，通过样本绘制上、下包络线分别作为标准时程曲线上限和标准时程曲线上限。实际样本采集依据现场客观需要，可灵活采集五个阶段中的某个、某几个或全部对应阶段监测值作为样本群，得出标准时程曲线上限和标准时程曲线下限，作为PC端预警程序的沉降范围值。

上述采集系统取完初始值即拆除，重新布置到需要监测和调整盾构机工况的位置。

在标准时程曲线对应的刀盘前方不同距离的隧道轴线地表监测点分别布设自动采集系统，具体布设几套依据实际情况决定，至少布设一套，系统可灵活随着盾构推进逐渐沿着隧道里程移动，始终保持对盾构刀盘前方地表进行监测。

盾构过程中需要根据盾构的具体情况适时对盾构机工况进行微调，预警系统能够对微调后的盾构机工况进行评估。若刀盘前方不同距离监测点的沉降值不超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，说明当前盾构机工况，即微调后的盾构机工况良好，可作为长期推进的参照工况；若刀盘前方不同距离监测点的沉降值超出标准时程曲线上对应位置的上限或下限，则说明微调后的盾构机工况异常，预警系统接收到相应信息，自动发布预警。同时能够根据所测出的沉降值的超限程度作为接下来重新微调工况的依据，再次对工况进行微调后监测预警系统重新进行监测预警，如此循环推进。

盾构推进过程中，随着盾构距离监测点越来越近，同一监测点会随着盾构距离不同，处于不同的时程曲线阶段，预警上下限也会随着盾构逐渐靠近监测点而发生变化。

当PC端预警系统接收到的刀盘前方监测点监测值在对应时程曲线上的位置超出标准时程曲线上限或标准时程曲线下限，PC端程序自动发布红色预警。

通过监测盾构刀盘前方地表监测点处于不同时程曲线阶段的沉降值，随着盾构机距离测点越来越近，能够实现实时动态监测，来反向验证盾构机此时的工况是否合理，尤其当需要微调盾构机工况的时候，借此能够对盾构机工况问题提前发现、及时调整，防止发生安全风险。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。