[發明專利]一種泥水平衡盾構機出土量及地表沉降預警系統

在審

• 申請號: 202010024383.1
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111272215A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 賈寶新;高宗賢
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G06T17/00;E21D9/00;E21D9/06;E21F17/18
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1.一種泥水平衡盾構機出土量及地表沉降預警系統，其特征在于，包括：泥水平衡盾構開挖施工出土量的自動計量系統和地表沉降預警系統，其中：

所述盾構開挖施工出土量的自動計量系統包括皮帶輸送機、拱架、重量傳感器、三維激光掃描儀、微電腦、數據處理系統。所述重量傳感器安裝于所述皮帶輸送機固定承載面下，所述拱架安裝在所述皮帶輸送機上方，所述三維激光掃描儀安裝所述拱架上，位于所述皮帶輸送機正上方，所述微電腦安裝在所述皮帶輸送機側面支架上。所述三維激光掃描儀對所述皮帶輸送機上土體進行掃描，得到掃描數據并無線傳輸至所述微電腦，所述微電腦對掃描數據進行后處理得到點云數據并無線傳輸至所述數據處理系統。所述重量傳感器用于檢測皮帶固定承載面上的出土重量，并將重量數據通過無線網絡傳輸至所述數據處理系統。數據處理系統包括顯示器、處理器、存儲器，所述顯示器、所述處理器和所述存儲器三個部分相互連接。所述數據處理系統安裝在盾構操作室，并與盾構機操作控制臺相連接，所述數據處理系統通過無線網絡接收所述重量傳感器和所述微電腦傳輸的數據，通過對所述點云數據處理得到三維點云模型，同時所述數據處理系統通過對所述盾構機操作控制臺中的施工參數數據進行讀取，所述處理器在對得到的數據進行處理后可以得到結果，將結果顯示在所述顯示器上，并儲存在所述存儲器中。

所述地表沉降預警系統包括警報器、盾構遠程監控服務器。所述警報器安裝于盾構操作室，所述盾構遠程監控服務器安裝于地面的遠程監控中心。所述盾構遠程監控服務器接收所述數據處理系統發出的數據后進行處理，通過計算得到地表沉降預測值后與預先設定的預警值進行對比。當超出預警值時，由所述警報器發出警報。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述微電腦生成的所述三維點云數據記錄了有限體表面上離散點的空間坐標，點的表示形式為(x,y,z,intensity,R,G,B),不僅包含了點的空間位置關系,還包括點的強度信息和顏色灰度信息。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述三維激光掃描儀中內置測速儀，在對出土量進行掃描時自動對所述皮帶輸送機的皮帶速度進行測量。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述三維激光掃描儀設置在所述拱架的頂部中央。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述盾構開挖施工出土量的自動計量系統內搭建有局域網。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述盾構遠程監控服務器為PC機。

7.一種基于權利要求1～3所述系統的出土量自動計量方法，其特征在于，包括：

所述三維激光掃描儀將對土體的掃描數據傳輸至所述微電腦；所述微電腦接收掃描數據生成土體的點云數據并傳輸至所述數據處理系統；利用所述重量傳感器測量盾構機出土的重量并傳輸至所述數據處理系統；所述數據處理系統接收微電腦傳輸的點云數據和重量傳感器傳輸的出土的重量數據，對點云數據處理后得到三維空間模型，通過計算可知的盾構機出土的體積和重量；所述數據處理系統對所述盾構機操作控制臺中的施工參數數據進行讀取；所述數據處理系統將盾構機出土的體積和重量及施工參數數據傳輸至所述盾構遠程監控服務器。

8.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述地表沉降預警系統計算地表沉降預測值的方法如下公式所示。

式中：S(x)為距隧道中線x處的地面沉降量；S_max為隧道中線處的地面沉降量；X為距隧道中線的距離；i為沉降槽寬度系數，即沉降曲線反彎點的橫坐標；V_i為盾構施工引起的隧道單位長度損失體積；為隧道周圍底層內摩擦角；Z為地表至隧道中心深度；V_c為測量排土量；V_r為盾構管片外徑對應體積；V_g為盾構機注漿量；k為注漿損耗系數。