[发明专利]一种深基坑围护结构变形远程监测预警系统

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程中基坑围护结构变形监测，特别是涉及深基坑围护结构变形远程监测预警装备系统的研究。

背景技术

目前，较为先进的深基坑工程监测是在施工期间根据监测信息及时比较、分析勘察和设计所预期的性状与监测结构的差别，对原施工方案进行评价，判断其合理性，并通过反演计算，及时修正力学参数，预测下一段工程施工过程中可能出现的情况，以保证可预期阶段的施工安全。

深基坑施工监测具有时效性、高精度、等精度的特点。同时随着监测手段的发展、监测项目层次的深化、监测仪器的革新，监测数据分析处理也有了新的方式，如通过监测数据反演岩土体力学参数，从而可以修改原设计方案，预测可预见期间的内深基坑系统变化，从而对保障深基坑结构稳定性，指导施工发挥了积极作用。

物联网应用技术可从根本上提高深基坑围护结构变形监测系统效能，使系统上层预警分析软件和底层监测设备运转状况紧密集成，监管人员可安全、实时掌握深基坑结构变形，从而为调整施工方案、防治事故发生提供可靠依据。

发明内容

基于目前国内尚无成型的地铁车站深基坑围护结构变形远程监测预警装备系统实际，首先，通过FLAC3D模型，预测车站围护结构在施工过程中变形规律，通过监测数据反演验证设计方案的合理性，指导施工进度；然后，基于物联网应用技术，构建深基坑围护结构变形远程监测预警装备系统；最后，基于GIS图形显示技术，实现数据和图形的可视化查询，直接绘制监测点过程曲线。

1.深基坑围护结构变形监测物联网框架

结合深基坑围护结构变形监测预警的目的，构造以数据采集、核心处理空间、通信联络、数据终端等四个部分组成的物联网了，如图1所示。

数据采集子系统由传感器、信号采集及传输装置和上位机系统组成，主要采集施工过程应力变化参数值。其中：传感器通过轴力计、钢筋计等接收围护桩水平竖向位移、钢支撑轴力、围护桩钢筋内力等参数；信号采集及传输由信号采集卡、信号识别器、信号避雷器、数据传输接口组成；上位机系统包括工控机、电源避雷器、显示屏及上位机软件等。同时考虑到监测位置等因素，数据传输采用有限网络和无线网络相结合方式进行。

通信联络子系统的任务是通过专线或ISP提供的公共网络进行通信，将数据采集子系统的数据传输到核心处理空间；并将处理后的数据传输到数据终端；并将终端用户反馈的信息或指令通过数据终端传回核心处理空间。

作为物联网框架的核心单元，核心处理空间是完成M2M模式的关键。其中，防火墙一方面具有防止非法入侵的功能，另一方面还具有判断数据合法性的功能，对数据进行过滤。与防火墙相连的服务器任务是协调、调度数据库服务器和超级计算机之间的通信及数据处理任务等。数据库服务器存储采集到的数据，并记录整个事务处理过程，是整个框架的存储器和记录器。超级计算机是整个框架的核心，负责深基坑围护结构变形远程预警及分析等数据处理任务，包括：FLAC3D仿真模拟、GIS数据处理等，其所需数据来源于数据库服务器，并将处理结果发送到服务器。

数据终端任务是将通信层传来的数据显示给最终用户，并同时接收用户反馈信息和指令，分为反馈终端和无反馈终端。

2系统硬件物理布局

该系统是一套以计算机管理软件为核心的软硬件相结合的监测预警系统，由传感器，信号采集与传输，上位机及其软件三部分组成。其中：传感器部分包括轴力计、钢筋计等接收围护桩水平竖向位移、钢支撑轴力、围护桩钢筋内力等相关应力应变参数传感装置；信号采集与传输部分包括信号采集卡、识别器、信号避雷器、数据传输接口；上位机部分包括工控机、电源避雷器、显示屏、上位机软件等，用于施工工地的工况监控、报警。其布置如图2所示。

3系统工作原理

传感器安装于被监测部位；信号采集卡实时采集各被监测部位的应力状况，并存于卡内存储器中实时备读；信号识别器以固定的时间周期巡检各信号采集卡，并读取卡内所存数据，经数据传输接口A/D转换，将各被监测部位应力状况数据传至上位机软件，实时显示深基坑围护结构工况，最终实现对围护结构应力应变工况的监控、报警等；信号避雷器是避免信号传输过程中遭雷击，保证上位机部分正常供电；显示屏位于主控室内，显示深基坑围护结构变形工况，自动绘制基于GIS的深基坑围护结构形变曲线。

4系统软件功能布局