CN206223141U - 一种用于基坑与隧道变形的全自动监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，包括数据采集仪、发送模块、变形监测服务器及多个MEMS传感器，所述数据采集仪、发送模块及变形监测服务器依次连接；所述数据采集仪获取多个MEMS传感器采集的数据并处理后，经发送模块传输给变形监测服务器。本实用新型具有体积小巧、结构简单、施工安装方便、经济耐用、易于维护等特点。
Description
技术领域：
本实用新型涉及地下工程变形监测领域，具体涉及到基坑与隧道变形的远程监测系统。
背景技术：
随着我国城市建设的不断发展和交通基础设施的快速推进，我国出现了越来越多的地下工程设施，例如城市建设中出现的基坑开挖，地下轨道交通盾构或者矿山法所形成隧道等。这些施工作业导致原本稳定的土体(或岩体)内部应力状态发生了改变，若不采用有针对性的应对措施，将会导致土体(或岩体)因应力场的严重失衡而出现工程事故，例如基坑失稳破坏，隧道盾构过程中所导致的临近建筑物的开裂塌陷等。此类事故不仅危及到地下工程本身的安全，对临近的建筑物、构筑物也将产生巨大影响，严重时会造成巨大的人员伤亡和经济损失，产生恶劣的社会影响。因此，对包括基坑、隧道在内的地下结构进行及时的检测预警显得尤为重要。
然而，当前我国对基坑与隧道在施工和运营(使用)期的变形监测技术还存在诸多不足，绝大多数监测方式都是人工结合一定的仪器设备，如水准仪、全站仪、测斜仪等开展工作。这样的作业方式一方面存在现场作业环境差、劳动强度大，甚至存在安全风险；另一方面，人工操作导致现场采集数据的准确性、全面性和及时性难以保证，也无法实现自动化的远程测量。近些年来，随着电子和信息技术的快速发展，越来越多的先进传感和通信技术应用到了基坑和隧道变形中；但是到目前为止，大多数设备还难以满足基坑和隧道变形监测对数据长期稳定性和准确性的要求，少数国外设备虽然性能优良，但是安装方式繁琐，费用昂贵，维护成本高，同时对地下工程本身的施工和运营也造成了一定影响。
发明内容：
针对现有技术的缺陷和不足，本实用新型提供一种结构简单、施工安装方便、经济耐用、易于维护的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统。
本实用新型采用如下的技术方案来实现：一种用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，包括数据采集仪、发送模块、变形监测服务器及多个MEMS传感器，所述数据采集仪、发送模块及变形监测服务器依次连接；所述数据采集仪获取多个MEMS传感器采集的数据并处理后，经发送模块传输给变形监测服务器。
优选地，所述MEMS传感器固定在金属管内部，相邻金属管用连接接头相连，金属管通过连接接头相对自动转动。
优选地，所述用于基坑与隧道变形的全自动监测系统还包括电缆总线，所述多个MEMS传感器分别与电缆总线连接，多个MEMS传感器采集的数据经电缆总线传输给数据采集仪。
优选地，所述MEMS传感器固定在金属管内部，相邻金属管用连接接头相连，金属管通过连接接头相对自动转动；所述用于基坑与隧道变形的全自动监测系统还包括电缆总线，所述电缆总线贯穿金属管和连接接头，并与固定在金属管内的MEMS传感器连接，多个MEMS传感器采集的数据经电缆总线传输给数据采集仪。
优选地，所述连接接头为万向节、连接软管或电缆线。
与传统的基坑和隧道变形监测相比，本实用新型具有如下优点及有益效果：
1、采用了MEMS传感器，相对于其它监测传感器而言，MEMS传感器体积小、重量轻、成本低、可靠性高，因而本实用新型中的传感器在保证低成本的同时实现了小型化和长期变形监测性能的稳定。
2、用于连接金属管的连接接头有三种类型可供选择：万向节、连接软管和电缆线，根据实际现场情况来选择，灵活多变，应用范围广泛。
3、本实用新型在施工现场安装时，只要进行超前钻孔即可，对基坑和隧道本身的影响很小，后期的维护也很方便。
附图说明：
图1是本实用新型的系统拓扑图；
图2是本实用新型传感器端的结构示意图(连接接头为连接软管)；
图3是本实用新型传感器端模拟土体沉降监测示意图(连接接头为连接软管)；
图4是本实用新型传感器端模拟土体水平/侧向变形监测示意图(连接接头为连接软管)；
图5是本实用新型采用三种连接接头的传感器端结构示意图，(a)为连接软管，(b)为电缆线，(c)为万向节；
上述图中：1、MEMS传感器；2、金属管；3、连接接头；4、电缆总线；5、地表面。
具体实施方式：
下面将结合实施例和说明书附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实用新型包括电缆总线、数据采集仪、发送模块、变形监测服务器及多个MEMS传感器，其中电缆总线、数据采集仪、发送模块及变形监测服务器依次连接，多个MEMS传感器分别与电缆总线连接。
参见图2，本实用新型将MEMS传感器1固定在金属管2内部，相邻金属管2用连接接头3相连，金属管2通过连接接头3能相对自动转动而互不影响；电缆总线4贯穿金属管2和连接接头3，并与固定在金属管2内部的MEMS传感器连接，同时为其提供电力。电缆总线4的末端连接数据采集仪，来自MEMS传感器1的数据通过数据采集仪初步分析处理之后，经发送模块以有线或无线方式传送给变形监测服务器，变形监测服务器利用倾斜角度和MEMS传感器计算长度解算并累加得出基坑与隧道变形量，并与地下结构的规范标准或者实际使用规定进行自动对比，对超限数据进行及时的预警。
对于基坑监测而言，由于一般是监测土体水平位移，故将内置有MEMS传感器的首尾通过连接接头3相连的金属管2安放在预留的基坑竖向超前钻孔内或基坑外表面；而对于隧道而言，为了监测掘进的隧道对周边既有建筑物和构筑物的影响，在离掘进区间一定距离处进行预先钻探(包括水平钻孔和竖向钻孔)，形成超前钻孔，同样将本实用新型中的首尾相连的金属管2安放在预留的超前钻孔内。当发生基坑变形或者隧道进行盾构开挖时，MEMS传感器1可以按预先设定的采样频率对周边土体的变形进行测量以形成倾角数据；所有金属管2内的MEMS传感器1对自身周边土体的变形进行采样后，采样数据通过电缆总线4、数据采集仪、发送模块到达变形监测服务器以进行最终处理和显示。
本实用新型安装前，需检查基坑和隧道变形监测所需的设备是否齐全，设备的数量和长度是否合适，确认所有设备在运输过程中没有损坏或者丢失；尽可能选择无雪、无雨的天气进行安装，其中，用于连接金属管的连接接头有三种类型：万向节、连接软管和电缆线，根据实际现场情况可选择其中一种连接接头，例如电缆线适合于传感器平放或者在缓坡上放置的场合，其余两种在各种情况下都能适合。当用到电缆线来连接相邻金属管时，电缆线应预留一定的冗余长度以利于监测设备适应基坑与隧道周围土体的变形。然后在需要监测的位置进行超前钻孔，孔径的直径稍大于金属管直径。如图3所示，当监测隧道施工引起的周边土体非均匀性沉降或者运营隧道本身的非均匀性沉降时，沉降角度为a1、a2，此时超前钻孔为水平方向的钻孔，将首尾相连的金属管缓慢的放置于水平钻孔内，调整金属管的位置以使其内部的MEMS传感器水平；当监测基坑周围土体的水平位移或者隧道施工引起的周边土体侧向位移时，位移角度为b1、b2，此时超前钻孔为竖向方向钻孔，将首尾相连的金属管缓慢放置于竖向钻孔内，调整金属管的位置以使其内部的MEMS传感器指向与待测量的土体位移方向保持一致。然后将最后一节金属管末端引出的电缆总线连接到数据采集仪；调试设备，确保数据能正常采集、发送，并在变形监测服务器上准确显示。最后进行回填作业，以保证金属管和钻孔尽可能被回填料填充密实，另外，为防止形成渗漏通道，在进行回填作业时，每隔一定距离采用膨胀土回填；回填作业完成之后，在最后一节金属管末端做好密封处理。
数据采集仪中设有电源模块，为整个系统的工作提供电力支持。当现场监测环境难以满足无线数据发送时，采用铺设电缆(或光缆)的方式将数据传到地面，再经过无线方式发送给变形监测服务器，或者电缆(光缆)直接连接到变形监测服务器。变形监测服务器对获取的数据，包括每节MEMS传感器的倾角数据，进行分析、处理和显示，并计算出变形数据；当计算出来的变形数据大于基坑与隧道变形相关的规范标准或者实际使用设定的限值时，变形监测服务器启动报警模式，将相关的超限数据及时通知变形监测负责人。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，包括数据采集仪、发送模块、变形监测服务器及多个MEMS传感器，所述数据采集仪、发送模块及变形监测服务器依次连接；所述数据采集仪获取多个MEMS传感器采集的数据并处理后，经发送模块传输给变形监测服务器。
2.根据权利要求1所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述MEMS传感器固定在金属管内部，相邻金属管用连接接头相连，金属管通过连接接头相对自动转动。
3.根据权利要求1所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述用于基坑与隧道变形的全自动监测系统还包括电缆总线，所述多个MEMS传感器分别与电缆总线连接，多个MEMS传感器采集的数据经电缆总线传输给数据采集仪。
4.根据权利要求1所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述MEMS传感器固定在金属管内部，相邻金属管用连接接头相连，金属管通过连接接头相对自动转动；所述用于基坑与隧道变形的全自动监测系统还包括电缆总线，所述电缆总线贯穿金属管和连接接头，并与固定在金属管内的MEMS传感器连接，多个MEMS传感器采集的数据经电缆总线传输给数据采集仪。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述连接接头为万向节、连接软管或电缆线。
6.根据权利要求2或4中任一项所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，对于基坑监测，所述金属管安放在预留的基坑竖向超前钻孔内或基坑外表面；对于隧道监测，所述金属管安放在预留的隧道水平或竖向超前钻孔内。
7.根据权利要求1所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述发送模块采用有线方式或无线方式传输数据。
8.根据权利要求1所述的用于基坑与隧道变形的全自动监测系统，其特征在于，所述数据采集仪中设有电源模块，所述电源模块为所述用于基坑与隧道变形的全自动监测系统提供电力。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109183861A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-01-11 | 建研地基基础工程有限责任公司 | 一种基于mems传感器的基坑智能监测方法及监测系统 |
| CN114111708A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-03-01 | 天津大学 | 一种土体变形监测装置、系统及其使用方法 |
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2016
- 2016-11-23 CN CN201621255103.3U patent/CN206223141U/zh active Active
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