[发明专利]一种土压平衡盾构基于渣土监测的地表沉降及管线变形预警系统

权利要求书

1.一种土压平衡盾构基于渣土监测的地表沉降及管线变形预警系统，其特征在于，包括：土压平衡盾构开挖施工渣土监测系统和地表沉降及管线变形预警系统，其中：

所述盾构开挖施工渣土监测系统包括：出土皮带输送机、环形拱架、重力传感器、三维激光扫描仪、微电脑、数据处理系统。所述重力传感器安装于所述皮带输送机固定承载面下，所述环形拱架安装在所述皮带输送机上方，所述三维激光扫描仪安装所述拱架上，位于所述皮带输送机正上方，所述微电脑安装在所述皮带输送机侧面支架上。所述三维激光扫描仪对所述皮带输送机上土体进行扫描，得到扫描数据并无线传输至所述微电脑，所述微电脑对扫描数据进行后处理得到点云数据并无线传输至所述数据处理系统。所述重力传感器用于检测皮带固定承载面上的渣土重量，并将重量数据通过无线网络传输至所述数据处理系统。数据处理系统包括显示器、处理器、存储器，所述显示器、所述处理器和所述存储器三个部分相互连接。所述数据处理系统安装在盾构操作室，并与盾构机操作控制台相连接，所述数据处理系统通过无线网络接收所述重力传感器和所述微电脑传输的数据，通过对所述点云数据处理得到三维点云模型，所述处理器在对得到的数据进行处理后可以得到结果，将结果显示在所述显示器上，并储存在所述存储器中。

所述地表沉降及管线变形沉降预警系统包括警报器、盾构监控服务器。所述警报器安装于盾构操作室，所述盾构监控服务器安装于地面的监控中心。所述盾构监控服务器接收所述数据处理系统发出的数据后进行处理，通过计算得到地表沉降及管线变形预测值后与预先设定的预警值进行对比。当超出预警值时，由所述警报器发出警报。

2.权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地表沉降及管线变形预警系统计算地表沉降预测值S(x)和管线变形预测值S(x,z)的方法如下公式所示。

地表沉降预测值S(x)计算公式为：

式中：S(x)为监测点距轨道中心线处x时的地面沉降量；S_max为隧道中心线处的地面沉降量；x为到隧道中心线处的距离；i为沉降槽宽度系数，及沉降曲线反弯点的横坐标；V_i为盾构施工引起的隧道单位长度损失体积；φ为隧道周围地层内摩擦角；Z为地表至隧道中心深度；V_c为测量排土量；V_r为盾构管片外径对应体积；V_g为盾构机注浆量；k为注浆损耗系数。

管线变形预测值S(x,z)的计算公式为：

式中：S(x,z)为管线埋深处距隧道中线x处的地层变形量；S_max(z)为管线埋深处的隧道中心线x处的地层变形量；c为经验参数，一般取2；z为管线埋深；w(z)为管线埋深处地层变形范围的一半；H为隧道埋深。