[实用新型]基于倾角与结构缝变形测量的结构沉降监测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于土建结构监测领域，具体涉及一种基于倾角与结构缝变形测量的结构沉降监测系统。

背景技术

在桥梁及隧道等市政工程的建设及运营期的监测中，结构物的差异沉降量往往是工程人员最为关注监测项。结构物的整体沉降及不均匀沉降是结构设计合理性与施工质量最直观的反应。同时，差异沉降也会导致结构开裂，影响到结构的寿命以及车辆通行的平顺性，是结构健康状态及服役性能最为重要的指标。

人工水准测量、静力水准仪、GPS(全球定位系统)是结构沉降最为常规的监测手段，但是这些方法有着各自的局限性：人工水准测量程序繁复，仅能维持较低的监测频率，无法满足基础设施养护体系向着智能化运维发展的趋势；静力水准仪通过测量各个测点的液位或者液压获得测点的沉降量，该系统受到温度、气压等多种环境因素的影响，压力传感器的测量精度与测量范围限制了该类系统监测具有较大高程差的结构，此外静力水准仪是一种串联的测量系统，单个测量节点的损坏将影响整套系统的精度；全球定位系统的精度较低，算法复杂，且对于测点高度方向上的变化不敏感。

近年来，人们在基于倾角的结构沉降监测方法上作了诸多的探索。现已公开的技术汇中，专利文献CN103993530A公开了一种基于角度测量的轨道沉降两侧装置及量测方法，该方法在轨道上设置多个测与一个测量车，测量车上装有位置传感器与测点编码器用于确保车辆到达测点并进行角度测量，通过测量得到的角度反演轨道高程；专利文献CN104142137A公开了一种基于无线倾角传感器的隧道纵向沉降监测方法，该方法预先在隧道侧壁固定高度布设一条管道，将一台装有倾角传感器的监测小车在管道内运动，每隔一定距离测量一次管道的倾角，从而通过运动的距离与倾角值反演整条盾构隧道的沉降量。上述这两种方法中，将轨道与隧道视作多段折线的总和，并基于该假设进行沉降量的反演，这在长距离的沉降监测中会造成相当大的误差。专利文献CN104807434A公开了一种高速铁路路基沉降变形监测方法，该方法在高速铁路轨道延伸方向设置一定数量的钢管，钢管内设有倾角传感器，将路基的形状假设为一个四次多项式，通过将倾角测量值带入反算得到待定系数，从而得到整段路基的形状。

隧道与桥梁这类超长线性的设施也是由多个结构段组成的，结构段与结构段之间存在结构缝。结构缝为施工时的分段边界，有些是为了避免差异沉降造成结构发生开裂而采取的结构措施。隧道与桥梁这类线性结构的沉降可以视作由两部分组成，一部分是结构段作为一个弹性体在外载荷作用下发生的高度方向上的形变，另一部分是结构段与结构段之间发生的结构缝的变形，因此，超长结构的沉降模式既不是直线段串联的多段线，也不是一条连续出处可岛的曲线。因此，现有的监测方法均不能准确监测这种由多个结构段组成的具有超长线性结构的隧道与桥梁。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够监测由多个结构段组成的具有超长线性结构的隧道与桥梁，测量结果精确度高，且适用范围广的基于倾角与结构缝变形测量的结构沉降监测系统。

本实用新型提供了一种基于倾角与结构缝变形测量的结构沉降监测系统，用于监测由多个结构段组成的长距离线性结构的沉降，其特征在于，包括：结构段沉降监测部，包含多个用于监测单个结构段内的差异沉降的结构段监测单元，每个结构段监测单元包含多个安装在结构段上的倾角传感器、与倾角传感器连接的第一通信单元，多个倾角传感器分别安装在每个结构段的角点处以及结构段的曲线边沿上，用于测量相对于水平面上相互垂直的两个方向之间的两个倾角，倾角传感器的安装方向使得所有倾角传感器测量的两个倾角分别是相对同一个相互垂直的两个方向；结构缝变形监测部，包含多个用于监测两个相邻的结构段之间的结构缝沉降的结构缝监测单元，每个结构缝监测单元均包含两个距离传感器、与距离传感器连接的第二通信单元，两个距离传感器分别设置在结构缝的两侧；处理部，包含：与第一通信单元和第二通信单元通信连接的第三通信单元、输入单元、以及处理单元，其中，输入单元用于输入长距离线性结构的模型，并输入倾角传感器和距离传感器在模型中的位置，处理单元根据第三通信单元接收的倾角传感器和距离传感器测量的数据并基于预定规则得到长距离线性结构上任意点的总的沉降量。

进一步，在本实用新型提供的基于倾角与结构缝变形测量的结构沉降监测系统中，还可以具有这样的特征：其中，多个倾角传感器的设置规则为：每个结构段的角点处各设置一个倾角传感器，结构段的边为曲线时，该边应至少再设置一个除了位于该边两端点的倾角传感器。