本发明属于土木工程施工监测技术领域，主要用于盾构下穿河流时对河床沉降变形要求严格的高风险源的地铁盾构隧道监测工程；尤其涉及一种针对河床沉降变形的GPS定位架结构及监测方法。
背景技术：
在城市地铁盾构隧道开挖过程中，往往会由于开挖过程对隧道周围土体造成扰动，或由于底层损失的原因使土体向临空面产生蠕动变形，为了及时获得盾构开挖过程中地面的变形情况，必须采用适当的监测方案。在实际施工过程中，主要是在地面设置监测站，利用全站仪和水准仪来测地面变形。但是当盾构下穿河流时传统精密水准测量无法直接进行，拟采用高精度GPS静态定位，通过远程数据无线传输，对隧道上部的河床进行实时监测，实时分析地铁隧道沿线河床的位移变化规律，及时发现可能的沉降对隧道线路的影响并发出警报。
在盾构隧道下穿河流的过程中，对土体扰动及地层应力释放可能引起河水倒灌、铰接漏水、盾尾漏水、管片上浮等风险。针对上述风险，在盾构下穿河流前不仅需要进行数值模拟进行理论分析，完善施工方案，同时还需改造施工设备。例如螺旋机出土口设置防喷涌装置、铰接处设置应急气囊、盾尾采用弹性好的盾尾刷、改进刀盘和增加抗浮设施等。在盾构下穿河流时，目前最常用的方法就是进行洞内管片变形监测和管片内力监测，在洞外进行监测由于传统的水准仪或全站仪无法对大跨度的河流进行监测，因此需要采用特殊方法对洞外河床的位移变形进行监测。
技术实现要素：
盾构隧道下穿河流(人工河)的过程中，需要在岸上布置基站，作为参考点；地铁隧道线路的上部河床均匀布置GPS测点进行实时监测。
本发明采用的技术方案是一种针对河床沉降变形的GPS定位架结构，该结构包括锚块1、斜撑2、主套管3、连接套管4、户外电箱5、太阳能电池6、顶部套管7和GPS定位天线8。锚块1沉在河床的监测点处，主套管3沿竖直方向锚固在锚块1中；主套管3的上部通过斜撑2固定在河床地面上；连接套管4与主套管3通过螺纹连接；顶部套管7与连接套管4通过螺纹连接；户外电箱5安装在顶部套管7上；太阳能电池6通过横向支架与顶部套管7连接；GPS定位天线8安装在顶部套管7的顶部。太阳能电池6与户外电箱5连接，GPS定位天线8与户外电箱5连接。
斜撑2通过圆箍9与主套管3连接；圆箍9的外侧设有三个均匀分布的连接板11，连接板11上设有锁紧孔，卡箍10通过锁紧孔将连接板11锁紧。
利用GPS定位架立结构实施的监测方法，该方法的实现过程如下：
采用高精度GPS静态定位，GPS定位天线8通过户外电箱5进行远程数据无线传输，对隧道上部的河床进行实时监测，实时分析地铁隧道沿线河床的位移变化规律，及时发现可能的河床沉降对隧道线路影响并发出警报。
GPS(Global Positioning System)定位是通过接收机接收到的卫星信号来解算天线和卫星之间的距离，从而得到GPS定位天线8的中心在全球坐标系下的坐标值，接收机需要同时观测至少四颗卫星，才能够确定GPS定位天线8的坐标。
其中，ρj为卫星和GPS定位天线8之间的距离，xsj,ysj,zsj和x,y,z分别为卫星和接收机在地心地固坐标系中的坐标，ctr,ctsj,ctionj,ctitoj,ctmpj分别为接收机的时钟偏差、卫星时钟偏差、电离层延迟、对流层延迟和多路径效应引起的误差。通过接收机记录的导航电文以及模型校正手段进行修正，也能够通过接收机和卫星之间做二次差来抵消，这是GPS的绝对定位和相对定位。
该方法采用两台或更多GPS单元同步观测，其中一台被认为是固定站也叫参考站。其他站(移动站)的相对位置通过双差方法计算，由于距离较近的GPS接收机之间误差较为接近，基站和移动站之间距离越近，它们之间的误差就越接近。所以，定位误差的主要部分可以通过差分方法移除。在实际工程中，往往把移动站装在测点上，通过解算基站和移动站之间的基线长度来达到对测点的位移监测目的。
本发明涉及的相对定位方法数据处理简单，精度较高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是斜撑的圆箍示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一下详细说明。
一种针对河床沉降变形的GPS定位架结构，该结构包括锚块1、斜撑2、主套管3、连接套管4、户外电箱5、太阳能电池6、顶部套管7和GPS定位天线8。锚块1沉在河床的监测点处，主套管3沿竖直方向锚固在锚块1中；主套管3的上部通过斜撑2固定在河床地面上；连接套管4与主套管3通过螺纹连接；顶部套管7与连接套管4通过螺纹连接；户外电箱5安装在顶部套管7上；太阳能电池6通过横向支架与顶部套管7连接；GPS定位天线8安装在顶部套管7的顶部。太阳能电池6与户外电箱5连接，GPS定位天线8与户外电箱5连接。
该支架采用钢筋混凝土底座(600×600×800)+钢管组合，GPS天线安装在钢管顶端，太阳能电池板安装于横向支架上。为了应对汛期水位暴涨，加设连接套管4以防止设备被淹，连接套管4和主套管3、顶部套管7通过螺栓连接。为防止大风以及洪水冲击导致支架偏移，采用三个斜撑通过圆箍与主套管3相连，圆箍直径比主套管3直径大1cm，防止斜撑2对支架沉降的约束。该支架整体效果图如图1所示。
底座采用600×600×800的钢筋混凝土材料，将主套管3直接浇筑于底座中。
钢管分为三部分，主套管3直接浇筑于底座中，连接套管4作为备用加长杆，顶部套管7至于顶部用以安装GPS天线以及太阳能电池板等配套设备。主套管3、连接套管4、顶部套管7尺寸均采用φ102×8，各钢管钢管之间通过连接板(180×180×15)和螺栓连接。
三个斜撑杆均匀布置于支架周围，通过圆箍与主套管3连接(中间留有缝隙，支架可以在垂直方向自由移动，水平方向保持固定)。斜撑2的圆箍内径为112mm，壁厚6mm分为三部分，每一部分圆弧通过螺栓连接，圆弧于斜撑杆之间通过焊接固定。
(1)锚块1为预制或现场浇铸，并将制作好的底座安装好钢管后沉入河底淤泥层中(在防渗毯上面)；(2)将斜撑安装在钢管上插入淤泥层中；(3)安装GPS天线、接收器、太阳能发电板；(4)电脑操作开始实时监测。
采用本方法主要解决了以下技术问题：(1)当盾构下穿河流时，使得在隧道外监测河床的沉降变形成为可能；(2)多根钢管的使用可以更多的适应施工现场实际情况：在平时水位可以检测，当汛期水位上升时也可以通过增加钢管调节GPS架设高度，保证正常检测；(3)斜撑的配合使用舍得架立的GPS站水平方向保持不动，竖直方向却可以自由移动，从而达到监测河床沉降的目的。
其制作及安装过程如下：
S1安装测站前按照图纸配筋绑扎主套管3，将绑有主套管3的钢筋笼现场浇铸混凝土来制作钢筋混凝土底座；
S2、待混凝土底座经过养护强度达到设计要求后，将主套管3和顶部套管7通过螺栓进行连接，然后将连接有主套管3和顶部套管7的混凝土底座沉入河底淤泥层中(在防渗毯上面)；
S3、混凝土底座沉入河底后，将斜撑通过钢箍安装在主套管3上，随后将斜撑也沉入河底淤泥层中；
S4、斜撑沉入河底淤泥层后，将GPS天线以及太阳能电池板等配套设备螺栓等安装在顶部套管7上；
S5、以上设备全部安装好后，在河中静置至少1个月，待其沉降稳定后，接通电源，电脑操作开始实时监测；
S6、若在夏季遇到汛期，须将主套管3和顶部套管7拆分，在钢管1顶部连接连接套管4，再在连接套管4上连接钢管3，随后继续进行电脑操作进行实时监测。