深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统及施工方法与流程

本发明涉及深竖井安全监测，具体涉及一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统及施工方法。

背景技术：

1、目前众多重大引调水工程出现了一些大直径的超大深度的地下竖井，是工程建设的主要组成，也是制约工程建设安全的重要因素。对于地下深竖井，在施工过程中受水、土压力作用，以地下连续墙为核心的围护结构承受着巨大的荷载，竖井埋深越大侧向压力越大，巨大的荷载将会引起结构自身变形及周围敏感区的变形；不仅如此，对于深竖井，施工期地下连续墙施工过程中，往往存在很长一段时间连续墙的内侧衬砌结构尚未浇筑完成，连续墙处于水平方向单侧受力状态，对连续墙和竖井结构的整体安全极为不利。

2、及时掌握深竖井连续墙特别是施工期的内部水平位移变化情况，是及时和充分了解地下连续墙及整个竖井安全性态的重要手段。过去的部分工程缺少对竖井连续墙内部水平位移的有效监测手段，近些年随着对工程安全要求的不断提升，监测连续墙内部水平位移的常规方式主要是利用活动式柔性测斜仪和固定式柔性测斜仪。

3、活动式测斜仪采用的是人工观测方式，需要在深基坑进行人工观测，即测量人员在测斜管孔口位置人工逐段提升和下放测斜仪探头，获得各段的倾斜数据并综合在一起，从而获得地连墙沿高程的内部水平位移。该方法安全风险巨大，观测成本较高；不仅如此，基于活动式测斜仪的人工观测方式，无法获得连续墙内部变形的高频连续监测数据，也就无法实现在线自动化监测，难以实现对连续墙过大内部变形的及时预警，无法对险情及时提出警告。

4、固定式测斜仪采用的是自动化观测方式，但由于固定式测斜仪需要逐段连续进行安装，设备成本较大，且施工期竖井场区未稳定，现场施工环境复杂，难以敷设通讯光纤，难以实现施工期的自动化监测。

5、目前工程中鲜有采用固定式柔性测斜仪的连续墙内部水平位移监测方式；基于固定式柔性测斜仪的监测方式，从技术角度讲难以实现施工期的自动化监测，也就不能实现施工期的及时预警，而对于深竖井连续墙安全风险主要存在于施工期。申请公布号为cn103981907a的中国发明专利申请公开了一种基坑围护体内测斜管的安置方法，该方法仅提供了围护结构中测斜管的安装方法，但没有提供内部变形的测量设备和方法，更无法实现变形的自动化监测预警。授权公告号为cn206974417u的中国实用新型专利公开了地下连续墙倾斜在线监测装置，该装置基于活动式测斜仪，需要借助卷线轮、步进电机和控制设备等，本质上是将人工逐段提升活动式测斜仪探头改为了机器控制提升，而卷扬装置及控制会带来额外的提升装备和控制设备，设备投入大、控制难度高、现场部署难；该系统易发生测斜仪探头卡在测斜管情况，需要测量人员到现场去操作，测量数据仍保留在竖井现场需要人工读取，人力观测和现场维护成本高，且并未实现完全的自动化监测，也未实现数据在线分析预警。目前，尚无有效的方法能实现深竖井地下连续墙从施工期开始的内部水平位移自动化监测和实时预警。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统及施工方法，实现了连续墙内部变形的在线实时预警，充分发挥深竖井全生命期(从施工开始至运行期)地连墙安全提示和及时预警的作用。

2、为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统及施工方法，自动化监测和预警系统包括测量装置、监测站、监测管理中心站，所述测量装置预埋在地连墙中，所述测量装置包括测斜管和柔性测斜仪，所述柔性测斜仪安装在测斜管中，所述柔性测斜仪通过通讯电缆与监测站连接，用于向监测站传输监测数据，所述监测站与监测管理中心站通过移动无线通讯网络连接，所述监测管理中心站用于接收和分析监测数据并根据分析结果进行实时预警。

3、进一步地，所述测斜管竖直固定在地下连续墙的钢筋笼上。

4、进一步地，所述测斜管包括多节管单元，多节管单元之间密封连接，所述柔性测斜仪包括多节测斜仪单元，相邻两节所述测斜仪单元柔性连接，使得所述柔性测斜仪可自动监测地下连续墙整个高度上的水平位移。

5、进一步地，所述监测站包括数据采集设备，所述通讯电缆的一端与柔性测斜仪连接，所述通讯电缆的另一端与数据采集设备连接，所述数据采集设备包括无线通讯模块，所述数据采集设备通过无线通讯模块与监测管理中心站双向通讯。

6、第二方面，一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统的施工方法，包括：

7、s1、确定地下连续墙需要安装自动化监测设施的槽段；

8、s2、在需要安装自动化监测设施的槽段的施工过程中，将测斜管竖直固定在钢筋笼上，将安装有测斜管的钢筋笼吊装进入槽段，向槽段内浇筑混凝土；

9、s3、在测斜管内安装柔性测斜仪；

10、s4、靠近测斜管进行监测站的施工，将柔性测斜仪与监测站通过通讯电缆连接。

11、进一步地，步骤s1包括：分析深竖井外围的地质情况，向地质条件较差且对竖井结构安全不利的方位布置测线，将测线与地下连续墙相交处对应的槽段作为需要安装自动化监测设施的槽段。

12、进一步地，步骤s2包括：

13、s21、在钢筋笼加工完成后且钢筋笼下放槽段之前，将测斜管插到钢筋笼中，调整测斜管的位置使测斜管端口十字导槽方位对准钢筋笼入槽后深竖井的铅直轴线方向，用铁丝将测斜管牢固绑扎在钢筋笼上，在测斜管的孔底和孔口处分别安装底盖和孔口盖；

14、s22、将安装有测斜管的钢筋笼吊装进入槽段，在地下连续墙浇筑前，将测斜管内注满清水并盖上孔口盖；

15、s23、向槽段内浇筑混凝土。

16、进一步地，步骤s21包括：采用测扭仪测量测斜管端口十字导槽的扭转角，为后续自动化观测值提供必要的修正参数。

17、进一步地，步骤s3包括：

18、s31、槽段内的混凝土初凝后，打开测斜管的孔口盖，将软质水管插至测斜管的底部，用压力水冲洗测斜管直到翻出清水；

19、s32、在柔性测斜仪的首节和尾节上分别安装首节定向导轮和尾节定向导轮，将柔性测斜仪随尾节定向导轮逐节下放到测斜管内，直至尾节定向导轮完全下放并触底，用首节定向导轮固定柔性测斜仪的上部方向，安装柔性测斜仪的下压件并固定下压件。

20、进一步地，步骤s4包括：在测斜管的管口旁、稳定安全且受场内影响小的位置安装监测站，将柔性测斜仪的通讯电缆通过测斜管的管口牵引至监测站并与监测站的数据采集设备连接。

21、本发明的有益效果为：

22、1.本发明实现了施工期开始即对地下连续墙内部变形的在线自动化监测，大幅度提升了连续墙内部变形的监测频次，规避了深竖井基坑顶部人工观测的安全风险，大幅度降低了监测成本。

23、2.本发明通过建立连续墙内部变形自动化监测系统，结合水平位移的警戒值和控制值，实现了连续墙内部变形的在线实时预警，充分发挥了深竖井全生命期(从施工开始至运行期)地连墙安全提示和及时预警的作用。

技术特征：

1.一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统，其特征在于：包括测量装置、监测站、监测管理中心站，所述测量装置预埋在地连墙中，所述测量装置包括测斜管(1)和柔性测斜仪，所述柔性测斜仪安装在测斜管(1)中，所述柔性测斜仪通过通讯电缆(4)与监测站连接，用于向监测站传输监测数据，所述监测站与监测管理中心站通过移动无线通讯网络连接，所述监测管理中心站用于接收和分析监测数据并根据分析结果进行实时预警。

2.根据权利要求1所述的深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统，其特征在于：所述测斜管(1)竖直固定在地下连续墙的钢筋笼上。

3.根据权利要求1所述的深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统，其特征在于：所述测斜管(1)包括多节管单元，多节管单元之间密封连接，所述柔性测斜仪包括多节测斜仪单元，相邻两节所述测斜仪单元柔性连接，使得所述柔性测斜仪可自动监测地下连续墙整个高度上的水平位移。

4.根据权利要求1所述的深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统，其特征在于：所述监测站包括数据采集设备(9)，所述通讯电缆(4)的一端与柔性测斜仪连接，所述通讯电缆(4)的另一端与数据采集设备(9)连接，所述数据采集设备(9)包括无线通讯模块(8)，所述数据采集设备(9)通过无线通讯模块(8)与监测管理中心站双向通讯。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述的深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统的施工方法，其特征在于：包括：

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤s1包括：分析深竖井外围的地质情况，向地质条件较差且对竖井结构安全不利的方位布置测线，将测线与地下连续墙相交处对应的槽段作为需要安装自动化监测设施的槽段。

7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤s2包括：

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：步骤s21包括：采用测扭仪测量测斜管(1)端口十字导槽的扭转角，为后续自动化观测值提供必要的修正参数。

9.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤s3包括：

10.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于：步骤s4包括：在测斜管(1)的管口旁、稳定安全且受场内影响小的位置安装监测站，将柔性测斜仪的通讯电缆(4)通过测斜管(1)的管口牵引至监测站并与监测站的数据采集设备(9)连接。

技术总结本发明涉及深竖井安全监测技术领域，具体涉及一种深竖井地连墙内部变形自动化监测和预警系统及施工方法，自动化监测和预警系统包括测量装置、监测站、监测管理中心站，所述测量装置预埋在地连墙中，所述测量装置包括测斜管和柔性测斜仪，所述柔性测斜仪安装在测斜管中，所述柔性测斜仪通过通讯电缆与监测站连接，用于向监测站传输监测数据，所述监测站与监测管理中心站通过移动无线通讯网络连接，所述监测管理中心站用于接收和分析监测数据并根据分析结果进行实时预警。本发明实现了连续墙内部变形的在线实时预警，充分发挥深竖井全生命期(从施工开始至运行期)地连墙安全提示和及时预警的作用。技术研发人员：郑栋,颜天佑,彭绍才,李少林,杜泽快,刘光彪,戴领,纪传波,徐昆振,梁栋才受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29