[發明專利]一種已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法

在審

• 申請號: 201710199865.9
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106871867A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 丁智;王達;張霄
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01C15/00;G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 張羽振

技術領域

本發明涉及地鐵盾構隧道基礎設施結構安全健康監測領域，具體而言是已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法。

背景技術

隨著我國城市化進程不斷加快，城市人口越來越多，這給城市交通帶來了巨大的壓力，傳統地面交通難以滿足日益增多的城市人口出行需要，作為軌道交通的地鐵成為目前各大城市大力建設的新交通方式。地鐵出行固然方便快捷，能很大程度上緩解城市交通問題，但地鐵作為地下建筑，其構筑物在復雜的土工環境下容易受到土的擠壓，產生形變，帶來一系列安全隱患問題。已運營的地鐵線路更為尤甚，一方面，已通車地鐵線路環境封閉，構筑物變形難以實時量化；另一方面，由于運營行車，一旦地鐵隧道結構失穩，后果不堪設想。尤其在我國地鐵建設尚屬發展中階段，更應注重已建已運營地鐵隧道的長期安全使用問題。

現代地鐵隧道數量多、區間跨度長，并且隨著城市化的推進，地鐵沿線的地塊成為房地產業的必爭之地，而在地鐵沿線進行工程建設，勢必對地鐵柔性的盾構隧道結構有所影響，而且此類房建項目往往需要開挖較大規模的基坑，對地鐵盾構隧道的影響范圍較大。因此，針對此類近地鐵工程項目建設對地鐵盾構隧道的結構位移影響，研究一種已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統相當重要。

由于已運營地鐵盾構隧道內環境復雜，封閉通車時間長，因此有必要開發一套針對地鐵盾構隧道結構位移監測的系統及其測試方法。本發明正是基于這一目的，利用物聯網無線傳輸技術，將多個位移監測機器人聯合作業，進而全天候24小時實時自動監測地鐵盾構隧道各個節點的變形情況，得知整個地鐵盾構隧道結構的變形情況。

發明內容

為了克服地鐵軌行區光線微弱、揚塵厚重、通車危險、人工作業時間有限等不適合人工監測的難點,本發明提供了一種全自動、穩定性好、測量精度高、環境適應能力強的基于物聯網的已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統及其測試方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法，包括位移監測機器人工作站、監測棱鏡和自動化監測遠程主機。所述位移監測機器人工作站由位移監測機器人、強制對中托架、電源通信箱、隧道內已有220V電源及相關電纜線組成；所述監測棱鏡包括L形小棱鏡和后視圓棱鏡，所述L形小棱鏡分別安裝在地鐵的軌道板及襯砌，所述后視圓棱鏡上下錯開安裝在襯砌處。位移監測機器人工作站通過后視圓棱鏡建立球坐標系作為監測控制網，并基于控制網坐標實時測量L形小棱鏡坐標變化；所述位移監測機器人與電源通信箱內的通訊模塊相連，所述通訊模塊將實時球坐標無線反饋至計算機遠程端，所述計算機遠程端包括：

動態基準實時測量模塊，可用于遠程控制位移監測機器人的測量作業，亦可核查比對每個監測棱鏡的坐標位置；

變形點監測分析模塊，用于將位移監測機器人測量的球坐標轉換成三維坐標，并按時間順序整理存儲。

進一步，所述電源通信箱包含一個通訊模塊、一個通訊模塊電源適配器、一個位移監測機器人電源適配器及其相應電纜線；所述位移監測機器人包含一臺位移監測機器人主機與一枚360°棱鏡。

再進一步，所述通訊模塊包含工作指示燈、RS232數據接口、外部電源適配器接口、數據發射天線與SIM卡插槽。

一種已運營長距離地鐵隧道結構位移實時監測系統的測試方法，包括如下步驟：

(1)于地鐵盾構隧道區間內，按需要的數量安裝多個可形成通視的位移監測機器人工作站；

(2)依據需要進行監測斷面的劃分，一側共2個基準后視斷面，每個基準后視斷面布設錯開的2個后視圓棱鏡；每個監測斷面布設4個L形小棱鏡；

(3)第一次測量采集的初始值對整個自動化監測尤為重要。而第一次采集也必須由人工依次操作位移監測機器人采集后視圓棱鏡坐標，繼而建立監測控制網，進行多個位移監測機器人聯合作業，再采集所有L形小棱鏡坐標；

(4)導入第一次人工采集的坐標，通過計算機遠程端的動態基準實時測量模塊與隧道內通訊模塊的網絡連通，達到實時控制位移監測機器人監測的目的，而后續位移監測機器人監測成果也經由通訊模塊發送至計算機遠程端；

(5)通過變形點監測分析模塊，查看經過自動換算的監測小棱鏡坐標。變形點監測分析模塊可以將位移監測機器人反饋得到的監測小棱鏡水平角、豎直角及斜距等球坐標換算為三維坐標；

(6)將得到的模塊自動換算的三維坐標進行人工換算成各個監測項目的指標數值，所述監測項目包括道床沉降、道床差異沉降、隧道水平位移、隧道水平收斂。