[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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本發明提供了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，包括土壓平衡盾構施工渣土監測系統和地表沉降及管線變形預警系統。監測系統對渣土進行測量后得到渣土質量、體積，通過無線網絡將數據傳輸至地表沉降及管線變形預警系統后，再經過地表沉降和管線變形公式計算得到地表沉降和管線變形預測值，當計算值超出預設的預警值時，系統向工作人員發出預警。本發明能夠實時監測預警施工過程中因盾構掘進參數不選取不當而出現的地表沉降和管線變形的情況，以便及時調整盾構參數，減少盾構施工過程中對地表建筑物及地下周邊管線結構產生的不利影響，對指導調整實際工程施工具有重要意義。

技術領域

本發明涉及盾構機工程技術領域、地表沉降及管線變形預警領域，特別涉及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。

背景技術

盾構施工不可避免地對地層產生擾動，可能造成地表沉降以及對已有地下結構如燃氣管道、已建隧道箱涵、樁基礎等產生不利影響，嚴重者將引發工程事故，誘發災難性后果并造成不可估量的損失。盾構掘進施工中渣土監測是地表沉降及管線變形預警的重要指標之一，而現有的針對地表沉降及管線變形預警的專利和技術大多結構復雜，且存在無法實時監測并指導盾構施工，因此研制土壓平衡盾構渣土監測系統、建立基于渣土監測的地表沉降及管線變形預警系統具有重要的科學意義。該系統能夠動態監測預警施工過程中可能發生的地表沉降和管線變形過大，以便及時對盾構參數做出相關調整以提高工程安全穩定性，降低盾構施工過程中對地表建筑物及地下周邊管線結構產生的不利影響，對指導調整實際工程施工具有重要的科學價值。

發明內容

在土壓平衡盾構機推進作業過程中，地層中的土體在盾構機前端切削刀盤旋轉作用下被切削下來后進入刀盤后面的密封土艙，隨后螺旋運輸機將渣土運至地表。當密封土艙中充滿土體時，其被動土壓與掘削面上的土壓、水壓基本平衡，此時掘削面與盾構面處于平衡狀態(即穩定狀態)。由于渣土的物理性質、力學參數因地層深度而異，因此出土量一定時渣土物理力學參數出現較大誤差時極可能意味著出現地表沉降、管線變形等狀況，因此需要對渣土質量、體積等物理參數進行實時監測。而目前針對盾構機掘進導致的地表沉降及管線變形預警系統大多結構復雜、信息反饋相對遲緩，無法保證時時動態監控并及時根據監測數據做出相關調整，指導盾構施工。為了解決盾構過程中出現因盾構機推力、運行速度等盾構參數調整不及時而導致的地表沉降甚至塌陷、管線變形過大的情況，本發明提供了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，實現土壓平衡盾構機渣土自動監測和基于渣土監測的地表沉降及管線變形預警。

為了實現上述目的，本發明的技術方案提供了一種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。

土壓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。