[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

说明书

本发明提供了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，包括土压平衡盾构施工渣土监测系统和地表沉降及管线变形预警系统。监测系统对渣土进行测量后得到渣土质量、体积，通过无线网络将数据传输至地表沉降及管线变形预警系统后，再经过地表沉降和管线变形公式计算得到地表沉降和管线变形预测值，当计算值超出预设的预警值时，系统向工作人员发出预警。本发明能够实时监测预警施工过程中因盾构掘进参数不选取不当而出现的地表沉降和管线变形的情况，以便及时调整盾构参数，减少盾构施工过程中对地表建筑物及地下周边管线结构产生的不利影响，对指导调整实际工程施工具有重要意义。

技术领域

本发明涉及盾构机工程技术领域、地表沉降及管线变形预警领域，特别涉及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。

背景技术

盾构施工不可避免地对地层产生扰动，可能造成地表沉降以及对已有地下结构如燃气管道、已建隧道箱涵、桩基础等产生不利影响，严重者将引发工程事故，诱发灾难性后果并造成不可估量的损失。盾构掘进施工中渣土监测是地表沉降及管线变形预警的重要指标之一，而现有的针对地表沉降及管线变形预警的专利和技术大多结构复杂，且存在无法实时监测并指导盾构施工，因此研制土压平衡盾构渣土监测系统、建立基于渣土监测的地表沉降及管线变形预警系统具有重要的科学意义。该系统能够动态监测预警施工过程中可能发生的地表沉降和管线变形过大，以便及时对盾构参数做出相关调整以提高工程安全稳定性，降低盾构施工过程中对地表建筑物及地下周边管线结构产生的不利影响，对指导调整实际工程施工具有重要的科学价值。

发明内容

在土压平衡盾构机推进作业过程中，地层中的土体在盾构机前端切削刀盘旋转作用下被切削下来后进入刀盘后面的密封土舱，随后螺旋运输机将渣土运至地表。当密封土舱中充满土体时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，此时掘削面与盾构面处于平衡状态(即稳定状态)。由于渣土的物理性质、力学参数因地层深度而异，因此出土量一定时渣土物理力学参数出现较大误差时极可能意味着出现地表沉降、管线变形等状况，因此需要对渣土质量、体积等物理参数进行实时监测。而目前针对盾构机掘进导致的地表沉降及管线变形预警系统大多结构复杂、信息反馈相对迟缓，无法保证时时动态监控并及时根据监测数据做出相关调整，指导盾构施工。为了解决盾构过程中出现因盾构机推力、运行速度等盾构参数调整不及时而导致的地表沉降甚至塌陷、管线变形过大的情况，本发明提供了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，实现土压平衡盾构机渣土自动监测和基于渣土监测的地表沉降及管线变形预警。

为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种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。

土压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。