CN108592870B - 一种地表沉降及***实时监控***及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种地表沉降及***实时监控***及其施工方法。***包括U形管液压感应装置、压力转换及处理***和电子显示监控***；U形管液压感应包括多组U形管液压感应单元，每组U形管液压感应单元包括起点装置、压力传输管和末端装置；压力转换及处理***包括集成电路元件和中央处理器；电子显示监控***包括指挥中心监控屏幕和现场显示屏幕。本发明在地下工程施工过程中，通过预先安放的监控***，施工及管理人员能够通过显示屏幕直观、实时地监控地表沉降及***结果，及时地调整现场施工方案，解决了监控量测不能实时进行，容易受到天气影响，监控量测与施工不同步，监测结果不直观，非专业人员难以看懂等难题，在实际的施工过程中有较强的推广意义。

Description

一种地表沉降及***实时监控***及其施工方法

技术领域

本发明属于土建施工辅助设备技术领域，特别是涉及一种地表沉降及***实时监控***及其施工方法。

背景技术

随着我国城镇化的加快进行，基础设施建设也逐步加快了速度，越来越多的新建地下工程需要穿越地表既有建筑物，施工中如何保证地表既有建筑物的安全，保证施工的顺利进行成为摆在我们面前的一道难题。地下工程的浅埋暗挖施工、盾构法施工、对地表的注浆加固施工、顶管工程的顶进穿越施工都会不同程度地对地表稳定状态产生不良影响，施工中必须采取一系列必要的手段进行安全防护，其中监控量测就是安全防护的必要措施。以往的监控量测施工需要专业的测量人员进行操作，存在着不能全天24小时不间断检测、恶劣天气不能实施监测、监控量测与施工现场不同步，检测结果与施工实际进度存在一定时间差的现象。工程上曾出现过多起因监控量测施工不及时影响施工进度和未等待监控量测结果施工，造成安全事故发生的案例。因此凡是涉及地表沉降及***的工程施工都迫切需要一种不受天气影响能够全天24小时实时监测和能够直观表达监控数据的监控***和施工方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种操作简易、使用方便，实时监控，适应能力强且能直接显示监测结果的地表沉降及***实时监控***及其施工方法。

为了达到上述目的，本发明提供的地表沉降及***实时监控***包括U形管液压感应装置、压力转换及处理***和电子显示监控***；其中U形管液压感应装置包括多组U形管液压感应单元，每组U形管液压感应单元包括起点装置、压力传输管和末端装置；起点装置为内置水银的圆柱形钢罐结构，每组U形管液压感应单元中的起点装置分别埋置在施工影响范围内的地表处各监测点位置；末端装置也为内置水银的圆柱形钢罐结构，底部设有用于感应压力变化并将压力信号转变成电流信号的压敏感应元件，设置在施工影响范围外的安全区域；每个起点装置的内部分别通过一根软质的压力传输管和一根末端装置的内部相连通，由此构成U形真空密闭连通结构，并且起点装置和末端装置间存在高程差；压力转换及处理***包括集成电路元件和中央处理器；其中集成电路元件同时与多个压敏感应元件和中央处理器相连接；电子显示监控***包括与中央处理器相连接的指挥中心监控屏幕和现场显示屏幕。

所述的U形管液压感应装置还包括设置在所有压力传输管中部外部的液压管保护管道，液压管保护管道由开合式硬质PVC管道制成。

所述的U形管液压感应装置、压力转换及处理***和电子显示监控***间采用信号电缆进行连接。

所述的起点装置的顶端带有第一水准气泡，内部设有第一中间真空槽，第一中间真空槽内灌注水银且下端连接压力传输管；末端装置的顶端带有第二水准气泡，内部设有第二中间真空槽，第二中间真空槽内灌注水银且上端连接压力传输管，由此通过压力传输管将起点装置的第一中间真空槽以及末端装置的第二中间真空槽相连通。

所述的压敏感应元件为高敏液压感应元件。

所述的集成电路元件为电流强度感应电路，具有多个接口。

利用本发明提供的地表沉降及***实时监控***的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先由工作人员根据现场实际情况确定施工所需的U形管液压感应单元的数量；

2)通过现场试验，找出一定高差下，起点装置和末端装置在高差每改变0.1mm的情况下，对应的压敏感应元件压力变化和集成电路元件压力数字信号的变化规律，确定校正方程式，然后输入中央处理器中进行保存，多次试验并记录数据，反复验证校正方程式直至试验结束；

3)根据施工现场实际情况，确定施工保护建筑物及相应的施工影响范围，然后根据规范要求在施工影响范围内的地表处确定多个分散的监测点位置；之后将施工影响范围外设置为安全区域，集中设置多个末端装置、集成电路元件和中央处理器；

4)规划好所有压力传输管的线路及集中进入液压管保护管道的区间；

5)按照监测点顺序对相应位置的U形管液压感应单元中的起点装置进行编号，然后将相应编号的起点装置按要求安放或埋设在相应监测点位置，安放或埋设时利用调整第一水准气泡居中的方式来保证起点装置的安放垂直度，并采取加设保护盖的措施对起点装置进行保护；

6)将每组U形管液压感应单元中的压力传输管按照规划线路放好，整理整齐，最后在规定区域放入液压管保护管道内进行防护；

7)将每组U形管液压感应单元中的末端装置按顺序编号集中安放在安全区域内，并通过调整第二水准气泡居中的方式来保证末端装置的安放垂直度；

8)将末端装置底部的压敏感应元件通过信号电缆与集成电路元件相连，并将集成电路元件上的接口同样按照监测点位置顺序编号；

9)采集现场高差、间距、温度在内的数据，形成现场技术参数；

10)将集成电路元件连接至中央处理器，然后将上述现场技术参数输入中央处理器，并启动校正程序进行归零校正；

11)中央处理器自动记录当前相对高差值，并将当前状态设置成初始状态，输出数字显示信号为0，地表***为+，下沉为-，工程精度根据现场实际情况确定；设定高程变化预警值；

12)将中央处理器通过信号电缆连接指挥中心监控屏幕和现场显示屏幕；

13)在施工期间，若地表某处出现***，该处设置的起点装置的位置将会随之升高，这时其上第一中间真空槽内的部分水银将会通过相应的压力传输管流入末端装置的第二中间真空槽内，由此对压敏感应元件施加较大的压力，压敏感应元件能够立即检测到该压力变化，并将压力变化值转变成电流信号后传输给集成电路元件；地表出现下沉的过程相反；

14)集成电路元件将压敏感应元件输出的电流信号转变成中央处理器能够识别的光电信号后传输给中央处理器；然后中央处理器将上述集成电路元件输出的光电信号转换成数字信号，并传输给电子显示监控***中的指挥中心监控屏幕和现场显示屏幕进行显示，管理人员和现场施工人员能够直接读取指挥中心监控屏幕和现场显示屏幕上显示的相对高程差来确定现场实际的地表***或沉降数值，实时监控施工对地表高程的影响；

15)当地表的***或下沉的相对高程差超出高程变化预警值时，中央处理器自动进行报警；

16)施工完成后，将本监控***拆除，清理干净以备下次使用。

本发明提供的地表沉降及***实时监控***及其施工方法在地下工程施工过程中，通过预先安放的监控***，施工人员及管理人员能够通过显示屏幕直观、实时地监控地表沉降及***结果，及时地调整现场施工方案，解决了监控量测不能实时进行，容易受到天气影响，监控量测与施工不同步，监测结果不直观，非专业人员难以看懂等难题，在实际的施工过程中有较强的推广意义。

附图说明

图1为本发明提供的地表沉降及***实时监控***立体示意图。

图2为本发明提供的单个U形管液压装置细部示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的地表沉降及***实时监控***及其施工方法进行详细说明。

现以某污水管线下穿火车站工程为例进行说明：该工程为顶管工程，其中火车站为市重点保护文物，顶管施工将影响火车站老站房的结构稳定性，施工时需要对火车站老站房地基进行注浆加固，同时必须对其采取监控量测措施以确保火车站老站房结构稳定。在工期紧，任务重的情况下，顶管施工时采用了本***进行监控量测，有效实施了全天24小时不间断监测，减少了恶劣天气对监控量测的影响、保证了施工的连续性，确保了老站房结构的安全。

如图1、图2所示，本发明提供的地表沉降及***实时监控***包括U形管液压感应装置1、压力转换及处理***2和电子显示监控***3；其中U形管液压感应装置1包括多组U形管液压感应单元，每组U形管液压感应单元包括起点装置4、压力传输管5和末端装置7；起点装置4为内置水银的圆柱形钢罐结构，每组U形管液压感应单元中的起点装置4分别埋置在施工影响范围内的地表19处各监测点位置；末端装置7也为内置水银的圆柱形钢罐结构，底部设有用于感应压力变化并将压力信号转变成电流信号的压敏感应元件18，设置在施工影响范围外的安全区域；每个起点装置4的内部分别通过一根软质的压力传输管5和一根末端装置7的内部相连通，由此构成U形真空密闭连通结构，并且起点装置4和末端装置7间存在高程差；压力转换及处理***2包括集成电路元件8和中央处理器9；其中集成电路元件8同时与多个压敏感应元件18和中央处理器9相连接，用于将压敏感应元件18输出的电流信号转变成中央处理器9能够识别的光电信号；中央处理器9用于将集成电路元件8输出的光电信号转换成数字信号，然后传输给电子显示监控***3进行显示，并在地表***或下沉超出预警值时自动进行报警；电子显示监控***3包括与中央处理器9相连接的指挥中心监控屏幕10和现场显示屏幕11，用于接收中央处理器9输出的信号，并将当前地表18的高程数值进行显示，用于监控现场施工情况，指导施工过程。

所述的U形管液压感应装置1还包括设置在所有压力传输管5中部外部的液压管保护管道6，液压管保护管道6由开合式硬质PVC管道制成，用于保护软质的压力传输管5。

所述的U形管液压感应装置1、压力转换及处理***2和电子显示监控***3间采用信号电缆20进行连接。

所述的起点装置4的顶端带有第一水准气泡14，内部设有第一中间真空槽15，第一中间真空槽15内灌注水银且下端连接压力传输管5；末端装置7的顶端带有第二水准气泡16，内部设有第二中间真空槽17，第二中间真空槽17内灌注水银且上端连接压力传输管5，由此通过压力传输管5将起点装置4的第一中间真空槽15以及末端装置7的第二中间真空槽17相连通。

所述的压敏感应元件18为高敏液压感应元件。

所述的集成电路元件8为电流强度感应电路，具有多个接口，因此能够同时处理多组电信号数据。

现将利用本发明提供的地表沉降及***实时监控***的施工方法结合工程实例阐述如下：

1)首先由工作人员根据现场实际情况确定施工所需的U形管液压感应单元的数量，本实施例中为30组，U形真空密闭连通结构内应预留热胀冷缩空间；

2)通过现场试验，找出一定高差下，起点装置4和末端装置7在高差每改变0.1mm的情况下，对应的压敏感应元件18压力变化和集成电路元件8压力数字信号的变化规律，确定校正方程式，然后输入中央处理器9中进行保存，多次试验并记录数据，反复验证校正方程式直至试验结束；

3)根据施工现场实际情况，确定施工保护建筑物13及相应的施工影响范围，然后根据规范要求在施工影响范围内的地表19处确定多个分散的监测点位置，本发明中为30个；之后将施工影响范围外20m处设置为安全区域，集中设置多个末端装置7、集成电路元件8和中央处理器9；

4)规划好所有压力传输管5的线路及集中进入液压管保护管道6的区间；

5)按照监测点顺序对相应位置的U形管液压感应单元中的起点装置4进行编号，然后将相应编号的起点装置4按要求安放或埋设在相应监测点位置，安放或埋设时利用调整第一水准气泡14居中的方式来保证起点装置4的安放垂直度，并采取加设保护盖的措施对起点装置4进行保护；

6)将每组U形管液压感应单元中的压力传输管5按照规划线路放好，整理整齐，最后在规定区域放入液压管保护管道6内进行防护；

7)将每组U形管液压感应单元中的末端装置7按顺序编号集中安放在安全区域内，并通过调整第二水准气泡16居中的方式来保证末端装置7的安放垂直度；

8)将末端装置7底部的压敏感应元件18通过信号电缆20与集成电路元件8相连，并将集成电路元件8上的接口同样按照监测点位置顺序编号；

9)采集现场高差、间距、温度在内的数据，形成现场技术参数；

10)将集成电路元件8连接至中央处理器9，然后将上述现场技术参数输入中央处理器9，并启动校正程序进行归零校正；

11)中央处理器9自动记录当前相对高差值，本实施例为0.2m，并将当前状态设置成初始状态，输出数字显示信号为0，地表19***为+，下沉为-，工程精度根据现场实际情况确定，本实施例为0.3mm；设定高程变化预警值，本实施例为2mm；

12)将中央处理器9通过信号电缆20连接指挥中心监控屏幕10和现场显示屏幕11，供管理人员和现场施工人员直观掌控施工状态；

13)在施工期间，若地表19某处出现***，该处设置的起点装置4的位置将会随之升高，这时其上第一中间真空槽15内的部分水银将会通过相应的压力传输管5流入末端装置7的第二中间真空槽17内，由此对压敏感应元件18施加较大的压力，压敏感应元件18能够立即检测到该压力变化，并将压力变化值转变成电流信号后传输给集成电路元件8；地表19出现下沉的过程相反；

14)集成电路元件8将压敏感应元件18输出的电流信号转变成中央处理器9能够识别的光电信号后传输给中央处理器9；然后中央处理器9将上述集成电路元件8输出的光电信号转换成数字信号，并传输给电子显示监控***3中的指挥中心监控屏幕10和现场显示屏幕11进行显示，管理人员和现场施工人员能够直接读取指挥中心监控屏幕10和现场显示屏幕11上显示的相对高程差来确定现场实际的地表19***或沉降数值，实时监控施工对地表19高程的影响；

15)当地表19的***或下沉的相对高程差超出高程变化预警值时，中央处理器9自动进行报警；

16)施工完成后，将本监控***拆除，清理干净以备下次使用。

Claims (1)

1.一种地表沉降及***实时监控***的施工方法，所述的***包括U形管液压感应装置(1)、压力转换及处理***(2)和电子显示监控***(3)；其中U形管液压感应装置(1)包括多组U形管液压感应单元，每组U形管液压感应单元包括起点装置(4)、压力传输管(5)和末端装置(7)；起点装置(4)为内置水银的圆柱形钢罐结构，每组U形管液压感应单元中的起点装置(4)分别埋置在施工影响范围内的地表(19)处各监测点位置；末端装置(7)也为内置水银的圆柱形钢罐结构，底部设有用于感应压力变化并将压力信号转变成电流信号的压敏感应元件(18)，设置在施工影响范围外的安全区域；每个起点装置(4)的内部分别通过一根软质的压力传输管(5)和一根末端装置(7)的内部相连通，由此构成U形真空密闭连通结构，并且起点装置(4)和末端装置(7)间存在高程差；压力转换及处理***(2)包括集成电路元件(8)和中央处理器(9)；其中集成电路元件(8)同时与多个压敏感应元件(18)和中央处理器(9)相连接；电子显示监控***(3)包括与中央处理器(9)相连接的指挥中心监控屏幕(10)和现场显示屏幕(11)；

所述的起点装置(4)的顶端带有第一水准气泡(14)，内部设有第一中间真空槽(15)，第一中间真空槽(15)内灌注水银且下端连接压力传输管(5)；末端装置(7)的顶端带有第二水准气泡(16)，内部设有第二中间真空槽(17)，第二中间真空槽(17)内灌注水银且上端连接压力传输管(5)，由此通过压力传输管(5)将起点装置(4)的第一中间真空槽(15)以及末端装置(7)的第二中间真空槽(17)相连通；

其特征在于：所述的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先由工作人员根据现场实际情况确定施工所需的U形管液压感应单元的数量；

2)通过现场试验，找出一定高差下，起点装置(4)和末端装置(7)在高差每改变0.1mm的情况下，对应的压敏感应元件(18)压力变化和集成电路元件(8)压力数字信号的变化规律，确定校正方程式，然后输入中央处理器(9)中进行保存，多次试验并记录数据，反复验证校正方程式直至试验结束；

3)根据施工现场实际情况，确定施工保护建筑物(13)及相应的施工影响范围，然后根据规范要求在施工影响范围内的地表(19)处确定多个分散的监测点位置；之后将施工影响范围外设置为安全区域，集中设置多个末端装置(7)、集成电路元件(8)和中央处理器(9)；

4)规划好所有压力传输管(5)的线路及集中进入液压管保护管道(6)的区间；

5)按照监测点顺序对相应位置的U形管液压感应单元中的起点装置(4)进行编号，然后将相应编号的起点装置(4)按要求安放或埋设在相应监测点位置，安放或埋设时利用调整第一水准气泡(14)居中的方式来保证起点装置(4)的安放垂直度，并采取加设保护盖的措施对起点装置(4)进行保护；

6)将每组U形管液压感应单元中的压力传输管(5)按照规划线路放好，整理整齐，最后在规定区域放入液压管保护管道(6)内进行防护；

7)将每组U形管液压感应单元中的末端装置(7)按顺序编号集中安放在安全区域内，并通过调整第二水准气泡(16)居中的方式来保证末端装置(7)的安放垂直度；

8)将末端装置(7)底部的压敏感应元件(18)通过信号电缆(20)与集成电路元件(8)相连，并将集成电路元件(8)上的接口同样按照监测点位置顺序编号；

9)采集现场高差、间距、温度在内的数据，形成现场技术参数；

10)将集成电路元件(8)连接至中央处理器(9)，然后将上述现场技术参数输入中央处理器(9)，并启动校正程序进行归零校正；

11)中央处理器(9)自动记录当前相对高差值，并将当前状态设置成初始状态，输出数字显示信号为0，地表(19)***为+，下沉为-，工程精度根据现场实际情况确定；设定高程变化预警值；

12)将中央处理器(9)通过信号电缆(20)连接指挥中心监控屏幕(10)和现场显示屏幕(11)；

13)在施工期间，若地表(19)某处出现***，该处设置的起点装置(4)的位置将会随之升高，这时其上第一中间真空槽(15)内的部分水银将会通过相应的压力传输管(5)流入末端装置(7)的第二中间真空槽(17)内，由此对压敏感应元件(18)施加较大的压力，压敏感应元件(18)能够立即检测到该压力变化，并将压力变化值转变成电流信号后传输给集成电路元件(8)；地表(19)出现下沉的过程相反；

14)集成电路元件(8)将压敏感应元件(18)输出的电流信号转变成中央处理器(9)能够识别的光电信号后传输给中央处理器(9)；然后中央处理器(9)将上述集成电路元件(8)输出的光电信号转换成数字信号，并传输给电子显示监控***(3)中的指挥中心监控屏幕(10)和现场显示屏幕(11)进行显示，管理人员和现场施工人员能够直接读取指挥中心监控屏幕(10)和现场显示屏幕(11)上显示的相对高程差来确定现场实际的地表(19)***或沉降数值，实时监控施工对地表(19)高程的影响；

15)当地表(19)的***或下沉的相对高程差超出高程变化预警值时，中央处理器(9)自动进行报警；

16)施工完成后，将本监控***拆除，清理干净以备下次使用。

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