[發明專利]一種土壓平衡盾構基于渣土監測的地表沉降及管線變形預警系統

在審

• 申請號: 202011202427.1
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112324451A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 賈寶新;苑文雅;高宗賢;安普振;史懷月;狄軍貞;王顯軍;劉家順
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21D9/093
• 分類號: E21D9/093;E21D9/12;E21F17/18;G01B11/16;G01B11/24;G01G19/52
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1.一種土壓平衡盾構基于渣土監測的地表沉降及管線變形預警系統，其特征在于，包括：土壓平衡盾構開挖施工渣土監測系統和地表沉降及管線變形預警系統，其中：

所述盾構開挖施工渣土監測系統包括：出土皮帶輸送機、環形拱架、重力傳感器、三維激光掃描儀、微電腦、數據處理系統。所述重力傳感器安裝于所述皮帶輸送機固定承載面下，所述環形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。所述重力傳感器用于檢測皮帶固定承載面上的渣土重量，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力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，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。

所述地表沉降及管線變形沉降預警系統包括警報器、盾構監控服務器。所述警報器安裝于盾構操作室，所述盾構監控服務器安裝于地面的監控中心。所述盾構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及管線變形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.權利要求1所述的系統，其特征在于，所述地表沉降及管線變形預警系統計算地表沉降預測值S(x)和管線變形預測值S(x,z)的方法如下公式所示。

地表沉降預測值S(x)計算公式為：

式中：S(x)為監測點距軌道中心線處x時的地面沉降量；S_max為隧道中心線處的地面沉降量；x為到隧道中心線處的距離；i為沉降槽寬度系數，及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；φ為隧道周圍地層內摩擦角；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。

管線變形預測值S(x,z)的計算公式為：

式中：S(x,z)為管線埋深處距隧道中線x處的地層變形量；S_max(z)為管線埋深處的隧道中心線x處的地層變形量；c為經驗參數，一般取2；z為管線埋深；w(z)為管線埋深處地層變形范圍的一半；H為隧道埋深。