CN113418442A - 一种地面工程变形监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地面工程变形监控方法，包括如下步骤；在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管；将成对或成组设置的同方向导电高分子材料管配对组成监测网，形成电流环路；定期对监测网内的电流环路进行电阻测试，根据电流环路的电阻的变化情况实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。本发明通过在地面工程内部，或地面工程内部及地面工程对应位置的土层中设置成对的导电高分子材料管形成监测网，从而能够根据监测网的电阻变化情况来判断被监测对象的变化情况，有效地提高了对地面工程的监控效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及工程结构技术领域，具体涉及一种地面工程变形监控方法。
背景技术
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落，在地面形成塌陷坑的一种地质现象，它具有较强的隐蔽性和突发性等特点，严重地威胁着人民群众的生命财产安全。
城市里的地面塌陷主要原因是工程施工后期遗留影响，如抽排地下水、管网破裂冲刷土层等。野外的地面塌陷主要是地质灾害，如岩溶塌陷、矿区采空塌陷、湿陷性黄土塌陷、玄武岩地区通道顶板产生的塌陷以及泥石流、暴雨、洪水等造成的潜在破坏。
地面塌陷发生在普通的但有人员活动的场所时，必然对活动人员带来伤亡风险；塌陷的区域如果有地面工程(包括一般地面土方工程、由混凝土等材料建构的地面工程，如：道路、铁路、公路、堤坝、边坡等)，则必然造成工程损毁，继而对过往车辆安全运行造成严重的威胁。
地面塌陷诱因系地面下土体陷落，因此需对土体进行监控；路基以及堤坝、边坡等地面工程可能由工程下方土体塌陷引起本体损伤，也可能是受外因影响(暴雨、洪水、泥石流等)工程本体受损，因此还需对工程本体进行监控。现有的监控技术大多是对上述被监控对象一个个分散点的监控，监控仪器或测量仪器容易受外界因素(人流、车流等)影响，仪器测量比较困难，且传感器容易受到施工机具的破坏，因此，长期以来并没有一种高效的、合适的防止地面塌陷或工程损伤的监控方法。
综上，提供一种能与被监测对象结合在一起的，能连续地、全方位地反应被监测对象变形状况并且能够做到定时自动化采集、数据处理并预警的监测方法是亟待解决的问题。地面工程变形监控能够及时预警地面工程的问题，对于地面工程问题的及时处置有着重要的意义，可有效地保障车辆和人员生命财产的安全。本申请所述地面工程包括一般地面土方工程、由混凝土等材料建构的地面工程(市政道路、铁路、公路、堤坝、边坡等)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能与被监测对象结合在一起并全面实时反应被监测对象形变状况的地面工程变形监控方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种地面工程变形监控方法，包括如下步骤；
步骤一、在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管；
步骤二、将多个同向均匀布设的导电高分子材料管串联组成监测网，监测网内的导电高分子材料管与控制电路连接形成电流环路；
步骤三、定期对电流环路进行电阻测试，根据电流环路的电阻的变化情况实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
具体的，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设的同时向地面工程内部，或向地面工程内部及地面工程对应位置的土层中放置导电高分子材料管。
具体的，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设完成后向已建地面工程内部，或向已建地面工程内部及已建地面工程对应位置的土层中通过非开挖定向钻施工布设导电高分子材料管。
具体的，所述非开挖定向钻施工的具体方法为：将地面工程内部，或将地面工程内部及地面工程对应位置的土层分割为若干个工作段；每个工作段采用非开挖定向钻技术进行水平定向钻孔形成孔道，在孔道内布设一根导电高分子材料管，布设完成后将孔道内空隙注浆填满，每个工作段内至少存在一对导电高分子材料管。
具体的，所述监测网由多个局部监测网连接形成，所述局部监测网至少包含一对导电高分子材料管。
具体的，所述控制电路包括报警装置，所述报警装置通过物联网与外部的监控终端连接。
具体的，所述步骤三具体为：报警装置定期对电流环路进行电阻测试，当电流环路的电阻的变化值超出报警装置的阈值时，报警装置向外部的监控终端发出报警信号，从而实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
具体的，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中层导电。
具体的，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
本发明的有益效果在于：通过在地面工程内部，或地面工程内部及地面工程对应位置的土层中设置成对或成组的导电高分子材料管形成监测网，对监测网的电阻变化进行跟踪测试，从而判断被监测对象的变化，有效地提高了对地面工程的监控效率和精度。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的一般地面监控的横剖视图；
图2为本发明具体实施方式的盾构隧道上方土体监控的横剖视图；
图3为本发明具体实施方式的堤坝本体及其下方土体监控的横剖视图；
图4为本发明具体实施方式的控制电路的示意图；
图5为本发明具体实施方式的采用非开挖定向钻技术布设监测管的第一种纵剖视图；
图6为本发明具体实施方式的采用非开挖定向钻技术布设监测管的第二种纵剖视图；
附图标记：
1、一般地面；2、导电高分子材料管；21、弯曲段；3、隧道；4、堤坝；5、工作坑。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明的一种地面工程变形监控方法，包括如下步骤；
步骤一、在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管；
步骤二、将多个同向均匀布设的导电高分子材料管串联组成监测网，监测网内的导电高分子材料管与控制电路连接形成电流环路；
步骤三、定期对电流环路进行电阻测试，根据电流环路的电阻的变化情况实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
本发明的工作原理为：地面工程可以是仅做土方开挖或回填的一般地面工程，也可以是建设于一般地面上或地面下方的工程基础及其工程结构本体。通过在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中设置成对的导电高分子材料管形成监测网，借助控制电路定期对电流环路进行电阻测试，从而得到电流环路的电阻变化情况，最终根据电阻变化情况来分析地面工程以及地面工程对应位置的土层的变化情况以及变化区域，从而有效地提升了工程结构安全监测检测以及监控的效率和精度，对于结构安全有着重要意义。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过在地面工程内部，或地面工程内部及地面工程对应位置的土层中设置成对的导电高分子材料管形成监测网，从而能够根据监测网的电阻变化情况来判断被监测对象的变化情况，有效地提高了对地面工程的监控效率和精度。
进一步地，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设的同时向地面工程内部，或向地面工程内部及地面工程对应位置的土层中放置导电高分子材料管。
进一步地，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设完成后向已建地面工程内部，或向已建地面工程内部及已建地面工程对应位置的土层中通过非开挖定向钻施工布设导电高分子材料管。
进一步地，所述非开挖定向钻施工的具体方法为：将地面工程内部，或将地面工程内部及地面工程对应位置的土层分割为若干个工作段；每个工作段采用非开挖定向钻技术进行水平定向钻孔形成孔道，在孔道内布设一根导电高分子材料管，布设完成后将孔道内空隙注浆填满，每个工作段内至少存在一对导电高分子材料管。
进一步地，所述监测网由多个局部监测网连接形成，所述局部监测网至少包含一对导电高分子材料管。
进一步地，所述控制电路包括报警装置，所述报警装置通过物联网与外部的监控终端连接。
由上述描述可知，当电流环路的电阻发生变化时，会触发报警装置向监控终端发出警报信号，从而实现地面塌陷情况的快速预警。
进一步地，所述步骤三具体为：报警装置定期对电流环路进行电阻测试，当电流环路的电阻的变化值超出报警装置的阈值时，报警装置向外部的监控终端发出报警信号，从而实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
进一步地，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中层导电。
进一步地，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
实施例一
一种地面工程变形监控方法，包括如下步骤；
步骤一、在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中层导电，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接；
所述导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设的同时向地面工程内部，或向地面工程内部及地面工程对应位置的土层中放置导电高分子材料管。
步骤二、将多个同向均匀布设的导电高分子材料管串联组成监测网，所述监测网由多个局部监测网连接形成，所述局部监测网至少包含一对导电高分子材料管，且成对设置的导电高分子材料管的其中一端相互连接，另一端分别与控制电路连接形成电流环路，所述控制电路包括报警装置，所述报警装置通过物联网与外部的监控终端连接；
步骤三、控制电路定期对电流环路进行电阻测试，当电流环路的电阻的变化值超出报警装置的阈值时，报警装置向外部的监控终端发出报警信号，从而实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
以道路为例，导电高分子材料管可以是多根且平行布置在道路下，路宽24m，可以设24根(间距1m)，这24根的第1根和第24根的同一端连在控制电路上，其余的首尾相连成一整根即可。
实施例二
一种地面工程变形监控方法，包括如下步骤；
步骤一、在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中层导电，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接；
所述导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设完成后向已建地面工程内部，或向已建地面工程内部及已建地面工程对应位置的土层中通过非开挖定向钻施工布设导电高分子材料管；
所述非开挖定向钻施工的具体方法为：将地面工程内部，或将地面工程内部及地面工程对应位置的土层分割为若干个工作段；每个工作段采用非开挖定向钻技术进行水平定向钻孔形成孔道，在孔道内布设一根导电高分子材料管，布设完成后将孔道内空隙注浆填满，每个工作段内至少存在一对导电高分子材料管；
步骤二、将多个同向均匀布设的导电高分子材料管串联组成监测网，所述监测网由多个局部监测网连接形成，所述局部监测网至少包含一对导电高分子材料管，且成对设置的导电高分子材料管的其中一端相互连接，另一端分别与控制电路连接形成电流环路，所述控制电路包括报警装置，所述报警装置通过物联网与外部的监控终端连接；
步骤三、控制电路定期对电流环路进行电阻测试，当电流环路的电阻的变化值超出报警装置的阈值时，报警装置向外部的监控终端发出报警信号，从而实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
监测网可以布设在任何需要防止土层塌陷导致一般地面或地面工程破坏的区域的土层中或地面工程内部。
土层包括：线状分布的如道路地面下的土层、铁路地面下的土层、拟采用盾构施工的隧道上方的土层，以及，面状分布的如矿区采空区域土层、岩溶回填区域土层、湿陷性黄土塌陷区域土层、玄武岩地区通道顶板区域土层和其它一般地面土层等。
地面工程具体包括：道路、铁路、公路、堤坝、边坡等的基础以及道路、铁路、公路、堤坝、边坡等本身。
监测对象若是待建地面工程，如：道路、铁路、堤坝、边坡等，可随工程建设在土层中和工程本体及基础中同步布放导电高分子材料管并组网成型；
监测对象若是待建的并采用地下暗挖施工技术建设的地面工程，如：地铁、管廊等，可采用非开挖定向钻施工方式将导电高分子材料管分别布设在地下工程上方近地面的土层中，再组网成型；
监测对象若是已建地面工程，如：道路、铁路、堤坝、边坡等，可采用非开挖定向钻施工方式将导电高分子材料管布设在已建地面工程下邻近工程基础的土层中，再组网成型；也可以采用非开挖定向钻施工技术在已建地面工程的本体或基础中布设。
监测对象若是矿区采空区域土层、岩溶回填区域土层、湿陷性黄土塌陷区域土层、玄武岩地区通道顶板区域土层和其它一般地面土层等，土方露天作业时可随土方作业在土层中同步布放导电高分子材料管并组网成型，土方暗作业时可采用非开挖定向钻施工方式将导电高分子材料管布设在临近地面的土层中并组网成型。
所述监测网随工程建设同步布放成型时，根据被监控对象线状分布和面状分布的不同，考虑监控对象宽度、安全控制等级等因素，在一定长度内、不同方向上均匀布置导电高分子材料管，导电管由弯通连接件相互连接、贯通，形成局部连通的局部监测网，局部监测网再连通形成整体监测网，整体监测网通过物联网与后台监控终端连接。
所述监测网采用非开挖定向钻施工方式布设成型时，非开挖定向钻施工步骤为：
(1)根据被监控对象线状分布和面状分布的不同，考虑监控对象宽度、安全控制等级等因素，在一定长度内、不同方向上将被监控对象分割为若干个工作段；
(2)每个工作段采用非开挖定向钻技术进行水平定向钻孔，在所形成的孔道内布设一根导电高分子材料管，布设完成后将孔道内空隙注浆填满；
(3)重复步骤(2)，使每个工作段内至少存在一对导电高分子材料管；
(4)将每对导电高分子材料管的一端由弯通连接件相互连接、贯通，另一端的两根管分别与电源、继电器、报警装置等控制电路连接，形成电流环路，一对或多对导电高分子材料管组成局部监测网，局部监测网再连通形成整体监测网，整体监测网通过物联网与后台监控终端连接。
如图1，为在一般地面布设监测网进行监控的横剖视图，其中，导电高分子材料管2埋设于一般地面1下方；
如图2，为在盾构隧道上方布设监测网进行土体监控的横剖视图，其中，导电高分子材料管2埋设于一般地面1和隧道3之间；
如图3，为在堤坝本体及其下方土体布设监测网进行监控的横剖视图，其中，导电高分子材料管2设于堤坝4内部，并埋设于堤坝4底部土体内部；
如图4，为控制电路的电路示意图；其中AC220V指外接220V的交流电，DC24V指外接的220V的交流电经过变电器转化后得到24V的直流电并为控制电路进行供电，其中R为电阻(即串联的导电高分子材料管)，KA为继电器，AL为蜂鸣器；
如图5和图6，为采用非开挖定向钻施工技术布设导电高分子材料管2的纵剖视图，导电高分子材料管2通过非开挖定向钻技术布设于一般地面1下方，并通过导电高分子材料管2上设置的弯曲段21穿出一般地面1，图5中，导电高分子材料管2的一端由工作坑5内伸入。
综上所述，本发明提供的有益效果在于：本发明通过在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中设置成对的导电高分子材料管形成监测网，实现了将检测设备和检测对象结合于一体，从而能够根据监测网的电阻变化情况来判断被监测对象的变化情况，有效地提高了监测的效率和精度。通过对监测网的电阻测试，判断出导电高分子材料管的变形即土层或工程本体的变形，监测网通过物联网与后台监控终端连接。监测网可以采用随工程建设同步布放成型或采用非开挖定向钻施工方式布设成型。本发明实现了对监控对象实时的监测和数据采集、传输并报警，有效的提升了监测的效率和精度，对人员和工程安全有重要意义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种地面工程变形监控方法，其特征在于，包括如下步骤；
步骤一、在地面工程内部，或在地面工程内部及地面工程对应位置的土层中布设成对设置的导电高分子材料管；
步骤二、将多个同向均匀布设的导电高分子材料管串联组成监测网，监测网内的导电高分子材料管与控制电路连接形成电流环路；
步骤三、定期对电流环路进行电阻测试，根据电流环路的电阻的变化情况实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
2.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设的同时向地面工程内部，或向地面工程内部及地面工程对应位置的土层中放置导电高分子材料管。
3.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述步骤一中，导电高分子材料管的具体布设方法为：在地面工程建设完成后向已建地面工程内部，或向已建地面工程内部及已建地面工程对应位置的土层中通过非开挖定向钻施工布设导电高分子材料管。
4.根据权利要求3所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述非开挖定向钻施工的具体方法为：将地面工程内部，或将地面工程内部及地面工程对应位置的土层分割为若干个工作段；每个工作段采用非开挖定向钻技术进行水平定向钻孔形成孔道，在孔道内布设一根导电高分子材料管，布设完成后将孔道内空隙注浆填满，每个工作段内至少存在一对导电高分子材料管。
5.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述监测网由多个局部监测网连接形成，所述局部监测网至少包含一对导电高分子材料管。
6.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述控制电路包括报警装置，所述报警装置通过物联网与外部的监控终端连接。
7.根据权利要求6所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述步骤三具体为：控制电路定期对电流环路进行电阻测试，当电流环路的电阻的变化值超出报警装置的阈值时，报警装置向外部的监控终端发出报警信号，从而实现对地面工程，或地面工程及地面工程对应位置的土层的变形情况的监控。
8.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述导电高分子材料管由半导体材料通过层基复合的方法制成，所述导电高分子材料管的表层、内层绝缘且中层导电。
9.根据权利要求1所述地面工程变形监控方法，其特征在于，所述导电高分子材料管呈半刚性，便于截断和连接。
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