一種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置的製造方法

2024-03-21 16:47:05 2

專利名稱:一種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，包括變形測量系統、測距系統、基準點和數據處理系統；所述變形測量系統，包括預埋在基坑側壁內的若干變形檢測器，用於測量基坑側壁土體沿深度方向的水平撓曲變形；所述測距系統，用於測量所述變形測量系統頂點與測距系統的距離；所述基準點設置在遠離基坑側壁的一側；所述數據處理系統，用於接收所述變形測量系統和所述測距系統監測到的數據，並處理接收到的數據，將基坑深層水平位移和豎向沉降傳遞至用戶終端。本實用新型實現了基坑深層土體水平位移和豎向沉降的同時實時監測，不需要進行人工測量，自動化程度高，降低了監測成本，並進一步保證了測量精度和數據可靠性。
【專利說明】
一種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬於建築施工技術領域，具體涉及一種基坑深層水平位移和豎向沉降 的監測裝置。
【背景技術】
[0002] 我國城市化建設的高速發展面臨著許多嚴峻的挑戰:土地資源緊張、綠地面積減 少、城市人口爆增、交通堵塞、能源消耗增大、環境汙染、房價上漲等問題，這些都使得大力 開發利用地下空間資源、拓展人類活動空間越來越迫切。因此，基坑工程的開挖深度越來越 深、規模越來越大，技術難度也隨之不斷升高。
[0003] 近年來，一些地下工程和基坑在施工過程中出現了諸多安全事故，造成了不同程 度的人民生命財產損失。因此有必要在基坑和地下工程開挖過程中建立科學的工程安全監 測系統，以預警基坑和地下工程在施工及使用過程中出現的安全隱患，避免事故的發生。
[0004] 基坑側壁的深層水平位移和豎向沉降是基坑和地下工程穩定性的重要指標，但目 前廣泛應用的基坑變形監測方法自動化程度低、勞動強度高，難以實現實時監控，深層水平 位移和豎直沉降的監測方法不同，進一步降低了監測效率，增加了監測成本。對於深層水平 位移，目前主要是利用測斜管和測斜儀進行人工測量、讀數再進行上報，數據滯後明顯；若 採用沿測斜管分布多個測斜儀雖能實現自動測量，但意味著監測費用的數倍增長。對於深 層豎直位移，目前主要是利用全站儀和水平儀進行測量，同樣面臨著人工測量的數據滯後 或者監測費用的增長的問題。 【實用新型內容】
[0005] 本實用新型為了解決基坑變形監測自動化程度低、勞動強度高、測量數據處理滯 後等技術問題，提供一種自動化程度高，能實時監測的基坑深層水平位移和豎向沉降的監 測裝置。
[0006] 為了解決上述問題，本實用新型按以下技術方案予以實現的：
[0007] 本實用新型所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，其特徵在於：包括變 形測量系統、測距系統、若干基準點和數據處理系統；
[0008] 所述變形測量系統，包括預埋在基坑側壁內的若干變形檢測器，用於測量基坑側 壁土體不同深度處的水平撓曲變形；
[0009] 所述測距系統，用於測量所述變形測量系統頂點與測距系統的距離、以及測距系 統與基準點之間的距離；
[0010] 所述基準點，設置在遠離基坑側壁一側的地面上；
[0011] 所述數據處理系統，用於接收所述變形測量系統和所述測距系統監測到的數據， 並處理接收到的數據，將基坑深層水平位移和豎向沉降傳遞至用戶終端。
[0012] 進一步地，所述變形測量系統還包括測試管，所述變形檢測器包括若干設置在所 述測試管內的電阻應變片，所述電阻應變片成對設置在測試管的同一高度位置，每對電阻 應變片連線與基坑側壁垂直設置;每對電阻應變片相隔一定距離設置在所述測試管內。
[0013] 進一步地，所述測試管為一段一段接駁形成，每一段測試管內設置有測量單元;所 述測試管頂端伸出地面，並設置有應變測量終端；
[0014] 所述電阻應變片與測量單元通過導線連接，多個測量單元之間可以通過無線通信 模塊實現數據互傳，將所有電阻應變片的測量數據傳輸到應變測量終端;所述應變測量終 端通過無線通信模塊與所述數據處理系統通訊連接。
[0015] 進一步地，所述測試管每一段長〇.5m~2m，所述測試管在伸出地面的一端還設置 有傾角傳感器，所述傾角傳感器與應變測量終端通過導線連接。
[0016] 進一步地，豎直方向相鄰電阻應變片的間隔為10cm~20cm;
[0017] 所述測試管包括相互配合安裝的半圓槽，所述半圓槽間通過卡扣密封連接;或者 通過焊接、膠水粘合密封連接。在半圓槽內粘貼電阻應變片後，兩半圓槽再配合連接，方便 安裝。
[0018] 進一步地，所述測距系統包括設置在測試管頂端和基準點的反射鏡、設置在地面 上的支撐杆、設置在支撐杆上的若干雷射測距儀、自動對準結構、以及無線通信模塊；
[0019] 所述自動對準結構用於連接所述雷射測距儀與支撐杆；
[0020] 所述自動對準結構可調節所述雷射測距儀發出的雷射與測試管頂部的反射鏡垂 直;或者調節一雷射測距儀發出的雷射與基準點上的反射鏡垂直;所述雷射測距儀通過所 述無線通信模塊與所述數據處理系統通訊連接。
[0021] 進一步地，所述雷射測距儀為三個，其中兩個用於測量測試管頂部與對應雷射測 距儀的距離，其中一個用於測量基準點與對應雷射測距儀之間的距離；
[0022] 所述雷射測距儀間隔設置在支撐杆上;所述支撐杆與測量管初始狀態時所在的平 面垂直於基坑側壁；
[0023]所述基準點共三個，設置在與基坑側壁的距離基坑深度3倍~5倍的位置，且三個 基準點不共線，基準點上設置有反射鏡。
[0024]進一步地，所述數據處理系統包括輸入設備、數據儲存器、輸出設備、控制器；
[0025] 所述輸入設備，用於接收變形測量系統和測距系統監測到的數據；
[0026] 所述數據儲存器，用於儲存接收到的數據；
[0027]所述控制器，處理分析接收到的數據，得到基坑深層水平位移和豎向沉降數據；
[0028] 所述輸出設備，將得到的基坑深層水平位移和豎向沉降數據輸送給用戶終端。
[0029] -種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測方法，包括以下步驟：
[0030] S1、在基坑側壁0.3m~0.50m處豎直向下預埋測試管，並且使得測試管的頂端伸出 地面0.5m~lm;所述測試管內粘貼有若干電阻應變片，所述電阻應變片成對設置在測試管 相同高度上，兩電阻應變片的連線垂直於基坑側壁;成對設置的電阻應變片間隔設置在測 試管內。
[0031] S2、在與基坑側壁的距離基坑深度1倍~1.5倍的位置設置支撐杆，在支撐杆上設 置若干測距儀;並在測試管的頂端設置參照物，其中兩個測距儀測量參照物與測距儀之間 的距離;測試管的頂端還設置有用於測量測試管偏移角度的傾角傳感器。
[0032] S3、在遠離基坑側壁一側距離基坑深度3倍~5倍的位置設置多個基準點，所述基 準點的位置不共線;一測距儀測量測距儀與基準點之間的距離；
[0033] S4、監測裝置安裝完畢後，將各電阻應變片和傾角傳感器的讀數歸零。
[0034] S5、電阻應變片、測距儀和傾角傳感器將監測到的數據，通過無線通信模塊傳輸至 數據處理系統。
[0035] S6、數據處理系統處理和分析接收到的數據，並將數據處理結果發送至用戶終端。
[0036] 進一步地，還包括：
[0037 ] S7、將各電阻應變片從上至下編號為1+、1-、2+、2-、3+、3-、......n+和n-，其中+號表 示在同一高度處距離基坑側壁更遠的測點。
[0038] 將各電阻應變片的深度^、匕-上+上-、……hnjPhn-輸入數據處理系統，其中hi+ = hi-= hi(i = l，2, ."η) 〇
[0039] 所述測距儀為雷射測距儀，所述參照物為設置在所述測試管頂端的反射鏡，所述 基準點上設置有反射鏡;測量兩個雷射測距儀的高度差Η，並分別測量兩個雷射測距儀到對 應反射鏡的初始距尚801和82(81〈802)。
[0040] 在監測過程中的t時刻，測量兩個雷射測距儀與反光鏡的距離81(〇和82(〇,傾角 傳感器測量到的數據為0(t);-雷射測距儀分別測量該雷射測距儀到多個基準點的反射鏡 的距離；
[0041] 從而計算測距系統相對於自身原始狀態垂直於基坑側壁的水平位移WQ(t)和豎直 沉降AH(t)。
[0042] 控制器通過以下數學模型計算出基坑深層地表豎向沉降：
⑴
[0044] S8、讀取各電阻應變片的應變讀數，記為讀取各電阻應變片的應變讀數，記為ε (hi+，t)、e(hi-，t)、ε〇?2+，?)、ε〇?2-，t)、......￡〇111+，1:)和￡(]1 11-，1:)，在各電阻應變片截面處測 量管的曲率為：
[0046]其中，do為測量管的內徑；
[0047] S9:通過以下數學模型，得到各深度處的轉角θ(1π，υ
[0049] 其中，0(h〇，t)=_|0(t)| ;
[0050] S10:控制器通過以下數學模型得到深層水平位移《(hit)為
[0054] 其中，深層水平位移以朝向基坑內部為正。
[0055] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0056] (1)本實用新型在距離基坑側壁的土體上預埋測試管，在測試管內設置電阻應變 片，有效地測量土體沿深度方向的撓曲變形，並且結合雷射測距儀測量測試管頂部的位移， 傾角傳感器測量測試管頂部的傾角變化，通過一系列的數學模型，精確得到基坑深層各土 體的水平位移與豎向沉降，測量精度高，自動化程度高，並進一步降低了監測成本。
【附圖說明】

[0057] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，其中：
[0058] 圖1是本實用新型所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置的結構示意圖； [0059]圖2是本實用新型所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置的測量原理圖。
【具體實施方式】
[0060] 以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優 選實施例僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0061] 如圖1~圖2所示，本實用新型所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，包 括變形測量系統1、測距系統2、若干基準點3和數據處理系統8。
[0062] 所述變形測量系統1包括預埋在基坑側壁內的若干變形檢測器，用於測量基坑側 壁土體沿深度方向的水平撓曲變形。
[0063]所述測距系統2用於測量所述變形測量系統1上頂點與測距系統2的距離、以及基 準點與測距系統2之間的距離。
[0064]所述基準點3，設置在遠離基坑側壁一側的地面上;本實施例中的基準點3為三個， 三個基準點3不處於同一直線上。
[0065]所述數據處理系統8,用於接收所述變形測量系統1和所述測距系統2監測到的數 據，並處理接收到的數據，將基坑深層水平位移和豎向沉降傳遞至用戶終端。
[0066]所述變形測量系統1包括預埋在距離基坑側壁一定距離的土體內的測試管4,所述 變形檢測器包括若干設置在所述測試管4內的電阻應變片7,所述電阻應變片7成對設置在 測試管4的同一高度位置，每對電阻應變片7連線與基坑側壁垂直設置;每對電阻應變片7相 隔10cm~20cm設置在所述測試管4內；本實施例中，豎直方向上相鄰每對應變片相隔15cm。 所述測試管4包括相互配合的半圓槽，所述半圓槽間通過卡扣密封連接，或者通過焊接、膠 水粘合密封連接固定，將電阻應變片7粘貼在測試管內，再將半圓槽進行連接，形成測試管 4〇
[0067] 所述測試管7上設置有測量單元5,所述測量單元5包括應變採集晶片51、電源52、 第三通信模塊53,所述測試管4伸出地面的一端還設置有應變終測量終端6,所述應變測量 終端6包括終端電源64、傾角傳感器63、數據集合模塊62和第一通信模塊61。所述應變採集 晶片51採集電阻應變片7的變形量，然後通過第三通信模塊53將監測數據傳輸至數據集合 模塊62,所述傾角傳感器63用於測量測試管4頂端的傾斜角度，並將監測數據傳輸到集合模 塊62,所述第一通信模塊61可以將所述數據集合模塊62中的測量數據通過4G網絡傳輸到數 據處理系統8。
[0068] 所述測試管4頂端伸出地面，所述電阻應變片7通過粘貼設置在測試管內，多個第 三通信模塊53可以通過Wifi、Zigbee和藍牙等區域網路實現數據互傳。
[0069]所述測距系統2包括設置在測試管4頂端和基準點3的反射鏡11、設置在地面上的 支撐杆、設置在支撐杆上的若干雷射測距儀、自動對準結構13、以及第二無線通信模塊14。 所述自動對準結構13用於連接所述雷射測距儀與支撐杆;本實施例中，所述支撐杆上設置 有三個雷射測距儀，其中包括兩個第一雷射測距儀12和一個第二雷射測距儀15,所述自動 對準結構13可調節所述第一雷射測距儀12發出的雷射與測試管頂部的反射鏡11垂直;所述 自動對準結構可調節第二雷射測距儀15發出的雷射與基準點3上的反射鏡垂直。所述支撐 杆如監控攝像頭的支架。所述第二通信模塊14將所述雷射測距儀所測量的數據傳輸到數據 處理系統8。
[0070] 所述地面上設置有支撐杆，所述支撐杆與測量管初始狀態時所在的平面垂直於基 坑側壁，所述雷射測距儀間隔設置在支撐杆上，所述支撐杆設置在與基坑側壁的距離基坑 深度1倍~1.5倍的位置，本實施例中，所述支撐杆的位置設置在與基坑側壁的距離1.5倍的 位置。
[0071] 所述數據處理系統8包括輸入設備19、數據儲存器16、輸出設備17、控制器20、用於 接入網際網路的網絡接入口 18。
[0072]所述輸入設備19,用於接收電阻應變片7、傾角傳感器6和雷射測距儀12測到的數 據；
[0073]所述數據儲存器16,用於儲存接收到的數據；
[0074]所述控制器20,處理分析接收到的數據，得到基坑深層水平位移和豎向沉降數據；
[0075] 所述輸出設備17,將得到的基坑深層水平位移和豎向沉降數據輸送給用戶終端。
[0076] 本實用新型所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測方法，包括以下步驟：
[0077] S1、在基坑側壁0.30m~0.50m處豎直向下預埋測試管4，測試管4為一段一段接駁 形成，可在前一端測試管預埋至一半時，接駁下一段測試管，每段測試管的長度為〇. 5m~ 2m;並且最終使得測試管4的頂端伸出地面0.5m~lm;所述測試管4內粘貼有若干電阻應變 片7,所述電阻應變片7成對設置在測試管相同高度上，兩電阻應變片的連線垂直於基坑側 壁;成對設置的電阻應變片相隔一定距離設置在測試管內。
[0078] S2、在與基坑側壁的距離基坑深度1倍~1.5倍的位置設置支撐杆，本實施例中的 支撐杆距離基坑深度1.5倍，；並在測試管的頂端設置與測距儀對應的反射鏡，其中第一激 光測距儀12測量參照物與對應第一雷射測距儀12之間的距離;測試管的頂端還設置有用於 測量測試管偏移角度的傾角傳感器。
[0079] S3、在遠離基坑側壁一側距離基坑深度3倍~5倍的位置設置多個基準點，本實施 例中基準點設置在遠離基坑側壁一側距離基坑深度4倍的位置，所述基準點的位置不共線； 所述第二雷射測距儀15測量該第二雷射測距儀與基準點之間的距離。
[0080] S4、監測裝置安裝完畢後，將各電阻應變片和傾角傳感器的讀數歸零。
[0081] S5、電阻應變片、雷射測距儀和傾角傳感器將監測到的數據，通過無線模塊傳輸至 數據處理系統。
[0082] S6、數據處理系統處理和分析接收到的數據，並將數據處理結果發送至用戶終端。
[0083] S7、將各電阻應變片從上至下編號為1+、1-、2+、2-、3+、3-、......n+和n-，其中+號表 示在同一高度處距離基坑側壁更遠的測點；
[0084] 將各電阻應變片的深度Ιη+Α-Α+Α-、……hnjPhn-輸入數據處理系統，其中h i+ = hi-= hi(i = l，2, ."η);
[0085]所述參照物為設置在所述測試管頂端和基準點上設置的反射鏡，
[0086]測量兩個雷射測距儀的高度差Η，並分別測量兩個雷射測距儀到對應反射鏡的初 始距尚801 和 S02(S01〈S02);
[0087] 在監測過程中的t時刻，測量兩個雷射測距儀與反光鏡的距離S1 (t)和82(t)，傾角 傳感器測量到的數據為9(t);
[0088] 分別測量第二雷射測距儀15到三個基準點出反射鏡的距離，從而計算測距系統相 對於自身原始狀態垂直於基坑側壁的水平位移wo(t)和豎直沉降AH(t);
[0089] 控制器通過以下數學模型計算出基坑深層地表豎向沉降：
⑴
[0091] S8、讀取t時刻各電阻應變片的應變讀數，記為讀取各電阻應變片的應變讀數，記 為e(hi+，t)、e(hi-，t)、e(h2+，t)、e(h2-，t)、......e(hn+，t)和e(h n-，t)，在各電阻應變片截面處 測量管的曲率可寫為
(2)
[0093]其中，do為測量管的內徑。
[0094] S9:通過下面的數學模型，得到各深度處的轉角θ(1π，υ
[0096] 其中，0(h〇，t)=_|0(t)|。
[0097] S10:控制器通過以下數學模型，得到深層水平位移《(hit)為
[0101]其中，深層水平位移以朝向基坑內部為正。
[0102]本實用新型在距離基坑側壁的土體上預埋測試管，在測試管內設置電阻應變片， 有效地測量土體沿深度方向的撓曲變形，並且結合雷射測距儀測量測試管頂部的位移，傾 角傳感器測量測試管頂部的傾角變化，通過一系列的數學模型，精確得到基坑深層各土體 的水平位移與豎向沉降，測量精度高，自動化程度高，並進一步降低了監測成本。
[0103] 本實施例所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置的其它結構參見現有技 術。
[0104] 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上 的限制，故凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施 例所作的任何修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【主權項】
1. 一種基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，其特徵在於:包括變形測量系統、測 距系統、若干基準點和數據處理系統； 所述變形測量系統，包括預埋在基坑側壁內的若干變形檢測器，用於測量基坑側壁土 體不同深度處的水平撓曲變形； 所述測距系統，用於測量所述變形測量系統頂點與測距系統的距離、以及測距系統與 基準點之間的距離； 所述基準點，設置在遠離基坑側壁一側的地面上； 所述數據處理系統，用於接收所述變形測量系統和所述測距系統監測到的數據，並處 理接收到的數據，將基坑深層水平位移和豎向沉降傳遞至用戶終端。2. 根據權利要求1所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，所述變形測量系統 還包括測試管，所述變形檢測器包括若干設置在所述測試管內的電阻應變片，所述電阻應 變片成對設置在測試管的同一高度位置，每對電阻應變片連線與基坑側壁垂直設置;每對 電阻應變片相隔一定距離設置在所述測試管內。3. 根據權利要求2所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，所述測試管為一段 一段接駁形成，每一段測試管內設置有測量單元;所述測試管頂端伸出地面，並設置有應變 測量終端； 所述電阻應變片與測量單元通過導線連接，多個測量單元之間可以通過無線通信模塊 實現數據互傳，將所有電阻應變片的測量數據傳輸到應變測量終端； 所述測試管在伸出地面的一端還設置有傾角傳感器，所述傾角傳感器與應變測量終端 通過導線連接； 所述應變測量終端通過無線通信模塊與所述數據處理系統通訊連接。4. 根據權利要求3所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，所述測試管每一段 長0·5m~2m; 豎直方向相鄰電阻應變片的間隔為l〇cm~20cm; 所述測試管包括相互配合安裝的半圓槽，所述半圓槽間通過卡扣密封連接;或者通過 焊接、膠水粘合密封連接。5. 根據權利要求1所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，所述測距系統包括 設置在測試管頂端和基準點的反射鏡、設置在地面上的支撐杆、設置在支撐杆上的若干激 光測距儀、自動對準結構、以及無線通信模塊； 所述自動對準結構用於連接所述雷射測距儀與支撐杆； 所述自動對準結構可調節所述雷射測距儀發出的雷射與測試管頂部的反射鏡垂直;或 者調節一雷射測距儀發出的雷射與基準點上的反射鏡垂直;所述雷射測距儀通過所述無 線通信模塊與所述數據處理系統通訊連接。6. 根據權利要求5所述基坑深層水平位移和豎向沉降的監測裝置，所述雷射測距儀為 三個，其中兩個用於測量測試管頂部與對應雷射測距儀的距離，其中一個用於測量基準點 與對應雷射測距儀之間的距離； 所述雷射測距儀間隔設置在支撐杆上;所述支撐杆與測量管初始狀態時所在的平面垂 直於基坑側壁； 所述基準點共三個，設置在與基坑側壁的距離基坑深度3倍~5倍的位置，且三個基準 點不共線，基準點上設置有反射鏡。
【文檔編號】E02D33/00GK205712221SQ201620317551
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】陳航, 胡賀松, 蘇鍵, 張傲
【申請人】廣州市建築科學研究院有限公司, 廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司