一种基坑围护侧向变形自动化测量系统及其使用方法与流程

本发明属于基坑围护侧向变形测量领域，主要用于基坑开挖施工过程中围护结构侧向变形自动测量。

背景技术：

1、现有基坑土体侧向变形多采用测斜仪法。测斜仪法由测斜仪(带滑轮)安装在测斜管中，周边土体发生侧向位移后，带动测斜管发生侧向变形，测斜仪由测杆和滚轮组成，测杆与测斜管通过轨道扣紧，测杆中带有角度传感器，能够测量测杆相对于重力垂线的角度，通过角度与测杆之间距离，就可以计算出测斜管的侧向变形，从而达到测量深层土体位移的目的。该种测量方法简单方便，但传感器精度、测斜管埋设质量、传感器与测斜管夹紧情况等多方面因素的影响。另外，该种方法由于需要单个传感器多次测量或安装多个传感器才能获得深度方向土体的整体位移情况，这样势必带来较大的累计误差。

2、该方法采用单个仪器测量时需要外力进行下放和提升，不能实现实时测量。当采用多个传感器同时进行测量以实现实时测量时，由于传感器为并联安装形式，每个传感器都需要独立的电缆进行信号传输，而受限与测斜管的直径限制，因此传感器布设数量也就受到限制，这在一定程度上对深度较大的基坑土体测量带来影响。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基坑围护侧向变形自动化测量系统及其使用方法，解决基坑开挖过程中基坑围护变形测量难题，提升基坑围护变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基坑围护侧向变形自动化测量系统，包括管道、两个以上的测量装置以及数据采集传输装置，所述管道埋入基坑围护结构内，所述两个以上的测量装置由下至上依次设置于所述管道内，所述测量装置包括框架、上安装板、下安装板、悬垂指针、标尺、标尺支架、激光测距仪以及数据线，所述上安装板和所述下安装板分别设置于所述框架的上、下端，所述悬垂指针的上端通过第一销轴与所述上安装板的中部活动连接，所述标尺支架固定设置于所述下安装板上，所述标尺通过第二销轴与所述标尺支架的上侧中部活动连接，所述悬垂指针由于重力作用能够始终保持竖直状态，所述标尺能够始终保持水平状态，所述激光测距仪设置于所述标尺的上部，所述激光测距仪能够测量激光测距仪至悬垂指针的距离，所述激光测距仪能够通过数据线将距离数据传输至所述数据采集传输装置，所述数据采集传输装置能够将所述距离数据发送至云端服务器，基坑围护结构侧向变形时悬垂指针与标尺顶部的中心位置的距离发生变化，通过激光测距仪至悬垂指针的距离能够获取悬垂指针与标尺顶部中心之间的距离，悬垂指针与标尺顶部中心之间的距离为该测量装置的自身顶部相对自身底部的侧向水平位移量。

4、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，所述标尺为由弦部与弧部连接组成的弓形结构，所述弓形结构为劣弧弓，所述标尺的内部设有粘稠液体，所述标尺在粘稠液体的作用下能够始终保持水平状态，所述弦部位于所述弧部的上方，且所述弦部水平设置，所述弦部与基坑围护结构的侧壁相垂直。

5、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，所述激光测距仪设置于所述标尺的上部中心位置，

6、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，所述激光测距仪设置于所述标尺的上部的端部位置。

7、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，管道内的测量装置由下至上依次为第1测量装置、第2测量装置、······、以及第n测量装置，所有测量装置的形状、尺寸一致，其中任意第i测量装置的顶部相对自身底部的侧向水平位移量xi是

8、xi＝[yi×(l0+l1)]/l0

9、其中，任意第i测量装置的悬垂指针与标尺顶部的中心位置的距离为yi，所述第一销轴的中心轴至标尺的上表面的距离为l0，所述标尺的上表面至下安装板的距离为l1，测量装置首次安装完成后，悬垂指针指在标尺顶部的中心位置，当基坑围护结构侧向变形时带动测量装置倾斜，悬垂指针由于重力作用始终保持铅锤，标尺由于重力作用保持水平，根据三角形比例关系得到任意第i测量装置因基坑围护结构侧向变形造成的自身顶部相对自身底部的侧向水平位移量为xi，xi规定向右位移为+，向左位移为-,n≥2,i∈[1,n],第一销轴的中心线与上安装板的上表面齐平或者至第一销轴的中心线至上安装板的上表面之间的距离忽略不计。

10、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，任意第i测量装置的顶部相对最下方测量装置的底部的侧向水平总位移量wi为

11、wi＝x1+x2+x3+···+xi

12、其中，由下至上各个测量装置的顶部相对自身底部的侧向水平位移量分别为x1、x2、x3······xn；i∈[1,n]，n≥2。

13、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，基坑围护结构上位于最下方测量装置的底部上方q距离处相对最下方测量装置的底部的侧向水平位移量a为

14、a＝x1+x2+···+xm-1+xm×[l-(m-1)×(l0+l1)]÷[m×(l0+l1)-l],其中，m∈[1,n]，n≥2,且满足(m-1)×(l0+l1)<l<(m+1)×(l0+l1)。

15、优选的，在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统中，所述基坑围护结构上位于最下方测量装置的底部上方q距离处相对最下方测量装置的底部的侧向水平位移量a的获取方法如下：

16、计算每个测量装置的顶部相对最下方测量装置的底部的距离hi，i∈[1,n]，n≥2

17、hi＝i×(l0+l1)

18、将深度q与所有测量装置的顶部相对最下方测量装置的底部的距离hi进行比较，找到hm-1≤q≤hm关系时，则表示深度q位于第m测量装置的底部与第m测量装置的顶部之间的深度范围内，n≥m≥2；

19、根据内插计算第m测量装置的顶部相对基坑围护结构上位于最下方测量装置的底部上方q距离处的侧向水平位移量m通过下式计算，，

20、[m×(l0+l1)-q]/[q-(m-1)×(l0+l1)]＝xm/m；

21、得到：

22、m＝xm×[q-(m-1)×(l0+l1)]÷[m×(l0+l1)-q]

23、最后，获得基坑围护结构上位于最下方测量装置的底部上方q距离处相对最下方测量装置的底部的侧向水平位移量a为：

24、a＝x1+x2+···+xm-1+xm×[q-(m-1)×(l0+l1)]÷[m×(l0+l1)-q],其中，m∈[1,n]，n≥2,且(m-1)×(l0+l1)<l<(m+1)×(l0+l1)。

25、一种如上所述的基坑围护侧向变形自动化测量系统的使用方法，包括如下步骤：

26、步骤1，将所述基坑围护侧向变形自动化测量系统安装于基坑围护结构上；

27、步骤2，基坑开挖前，读取各测量装置的激光测距仪的初始值，并设定一定频率自动采集数据，假定最下方测量装置的底部未发生水平移动，根据实时数据进行计算分析，根据分析数据绘制基坑围护结构深度方向的实时水平变形曲线。

28、在上述的基坑围护侧向变形自动化测量系统的使用方法中，所述步骤1中包括如下步骤：

29、步骤11，按基坑围护结构的深度设置管道的长度，将管道绑扎于地下连续墙的钢筋笼上，使得管道与基坑围护结构的侧壁相平行，管道做好密封后跟随钢筋笼下放至地下连续墙槽中，然后浇筑混凝土，形成基坑围护结构；

30、步骤12，根据管道长度确定测量装置的数量，将测量装置由下至上依次放入管道内，给每个及激光测距仪编号，记录每个激光测距仪的编号和顺序，每个激光测距仪通过数据线与总线相连，放置于管道内的框架与基坑围护结构的侧壁垂直；

31、步骤13，将一数据采集传输装置与总线连接，使得各激光测距仪与所述数据采集传输装置连接，测试所述激光测距仪和数据采集传输装置之间的连接以及各自的功能是否正常。

32、本发明的有益效果如下：

33、本发明提供一种基坑围护侧向变形自动化测量系统及其使用方法，采用管道、两个以上的测量装置以及数据采集传输装置，所述管道埋入基坑围护结构内，所述两个以上的测量装置由下至上依次设置于所述管道内，所述测量装置包括框架、上安装板、下安装板、悬垂指针、标尺、标尺支架、激光测距仪以及数据线，所述上安装板和所述下安装板分别设置于所述框架的上、下端，所述悬垂指针的上端通过第一销轴与所述上安装板的中部活动连接，所述标尺支架固定设置于所述下安装板上，所述标尺通过第二销轴与所述标尺支架的上侧中部活动连接，所述悬垂指针由于重力作用能够始终保持竖直状态，所述标尺能够始终保持水平状态，所述激光测距仪设置于所述标尺的上部，所述激光测距仪能够测量激光测距仪至悬垂指针的距离，所述激光测距仪能够通过数据线将距离数据传输至所述数据采集传输装置，所述数据采集传输装置能够将所述距离数据发送至云端服务器，基坑围护结构侧向变形时悬垂指针与标尺顶部的中心位置的距离发生变化，通过激光测距仪至悬垂指针的距离能够获取悬垂指针与标尺顶部中心之间的距离，悬垂指针与标尺顶部中心之间的距离为该测量装置的自身顶部相对自身底部的侧向水平位移量,从而可以实时获取基坑围护结构各处的侧向水平位移量，提升基坑围护结构变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。