[發明專利]地鐵車站施工對既有地下結構變形變位的空間監測方法

在審

• 申請號: 202011516825.0
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112629478A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 宮亞峰;林思遠;劉石;譚國金;孫亮;吳春利;楊建星
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01C7/06;E02D33/00
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

一種地鐵車站施工對既有地下結構變形變位的空間監測方法，該方法是將傳統的鉆探技術與智能監測儀器相結合，通過使用測斜儀與沉降儀對同一監測點進行監測，得到各監測點的偏移值與沉降值，并與參考點進行對比，得到各監測點的絕對偏移值與絕對沉降值，根據絕對偏移值及絕對沉降值模擬出測斜儀與沉降儀的空間測量軌跡，即探測孔的三維空間軌跡，并根據多個探測斷面探測孔的三維空間軌跡擬合既有結構的外輪廓，提高監測精度。本發明在實際施工中能實現預測新建車站施工對既有結構物的影響，進而確定施工中的危險區域，提前制定防護方案，避免工程事故發生。本發明不僅可以應用在既有隧道的探測上，也適用于車站及其他大埋深的既有結構。

技術領域

本發明涉及地下結構物監測及快速分析技術領域，具體涉及一種既有地下結構變形變位的空間監測方法和快速分析平臺的建立。

背景技術

在新建地鐵車站施工臨近既有結構的條件下，對于已建成的既有地鐵隧道及車站等地下結構，通過全站儀和水準儀等人工監測方式，監測成本高、只能獲得有限的監測點變化，且數據獲取的精度容易受到環境影響；以探地雷達和地震波法等無損檢測方式，只能監測地下結構的大致位置，無法獲得隧道等地下結構的準確變形情況；而常規鉆探方式需根據鉆桿的進尺深度來確定地下隧道等結構物的埋深，這種鉆桿在垂直的條件下測得的沉降才是結構物的真正沉降量，但是在實際的施工環境中，由于地層軟弱不均，鉆桿很難達到垂直向下的理想狀態，所以在監測過程中很難得到地下結構的準確位置，更無法獲得其沉降和微小的變形情況。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的不足，提供地鐵車站施工對既有地下結構變形變位的空間監測方法和快速分析平臺，該方法是將鉆探技術與智能傳感儀器相結合，充分考慮新建地鐵車站與既有結構的空間位置，基于空間監測布點優化方案，建立新建地鐵車站施工對既有隧道結構的形變智能監測空間模型和預測模型，針對已有地下結構形成一種空間精細監測和預測方法，分析不同位置處既有結構的變位情況。

一種地鐵車站施工對既有地下結構變形變位的空間監測方法，該方法是將傳統的鉆探技術與智能監測儀器相結合，通過使用測斜儀與沉降儀對同一監測點進行監測，得到各監測點的偏移值與沉降值，并與參考點進行對比，得到各監測點的絕對偏移值與絕對沉降值，根據絕對偏移值及絕對沉降值模擬出測斜儀與沉降儀的空間測量軌跡，即探測孔的三維空間軌跡，并根據多個探測斷面探測孔的三維空間軌跡擬合既有結構的外輪廓，提高監測精度。

所述測斜儀與沉降儀的結合使用，是通過將兩個儀器在探測孔內對相同測點的監測實現的，將測斜管兼做沉降管，在管內間隔分布若干測點，同時在管外將沉降環依次套在對應測點位置，在探測孔內下放測斜管至孔底，分別通過測斜儀與沉降儀監測既有結構的偏移值與沉降值，并選取距既有結構3～5倍位置處為監測參考點，對比可得既有結構的絕對偏移值與絕對沉降值。

所述探測孔是通過三維仿真分析確定新建施工對既有結構不利區域，采用智能優化算法確定探測斷面，在探測斷面上標定待鉆探孔位，并通過鉆孔形成探測孔。

本發明形成的快速分析平臺是基于的空間監測方法監測既有結構的沉降變形數據，通過對前期建立的地鐵車站施工對既有地下結構影響的仿真模型進行對比修改校正，建立既有結構的變形變位預測模型，形成能夠實時反應既有隧道沉降變形的快速分析平臺，預測新建地鐵車站施工對既有結構影響較不利區域，確定施工中的關鍵環節和不利施工階段，制定合理的支護方案。

所述測斜儀依次測量各測點處的橫向偏移值和軸向偏移值。其中，橫向和軸向分別指水平方向上垂直于隧道的方向及沿隧道的軸線方向，根據測點處的橫向偏移值和軸向偏移值計算出探測孔的三維空間軌跡。

所述沉降儀測量各測點處的沉降值，將得到的沉降值與測斜儀測得的橫向偏移值進行修改校正，綜合多處探測斷面修改后的橫向偏移值、軸向偏移值及沉降值，結合仿真模型，得到既有隧道的三維空間預測模型。

通過擬合隧道的外輪廓，以獲得實際探測出的隧道位置與隧道竣工測量位置或隧道設計位置在橫向和豎向上的偏差和位移。