專利名稱：深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于城市地鐵車站、高層建筑地基開挖等相關深基坑施工工程技術領域，用于深基坑變形穩定性智能監測和安全預警；具體涉及深基坑受力變形性遠程智能監測及三維預警方法，還涉及深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統。
背景技術：
隨著城市地鐵、超高層建筑等建設規模的擴大，伴隨著深基坑施工項越來越多，深基坑失穩、突水突泥事故頻發，深基坑變形穩定性越來越多引起人們的關注，行業基坑支護技術規程在遇到特殊水文地質工程地質條件以及密集建筑物群環境時，有著一定的局限性。考慮安全經濟的原則，開發深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法具有十分重要的實際意義。
國內外在深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法研究方面尚少，根據國內文獻，我國極少數公路、礦產、海底隧道、鐵路工程中已有構建數據庫、隧道施工多元信息預警與安全管理，但目前為止，尚未見集尚未見集深基坑開挖變形穩定性三維數值模型與深基坑三維可視化安全預警平臺于一體的深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法的文獻報道。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于提供一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法，本發明要解決的技術問題還在于提供一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統。使用該方法與系統，能夠實時連續監測深基坑坡頂和圍護樁的沉降、水平位移以及圍護樁周土孔隙水壓力變化情況，并將實測數據實時連續傳輸到遠程監測和數據處理主機，根據沉降、位移及孔隙水壓力數據，完成對深基坑變形穩定性分級預警。本發明解決上述技術問題所采取的技術方案如下一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法，包括下述步驟
(1)選擇一深基坑作為被研究的對象；調查該深基坑區域地層水文地質工程地質條件，收集該深基坑區域巖土物理力學參數；
(2)基于深基坑區域地層水文地質工程地質條件、該深基坑區域巖土體物理力學參數以及連續介質快速拉格朗日分析程序FLAC3d建立深基坑開挖變形穩定性三維數值模型；基于VTK(Visualization Toolkit)商業軟件系統建立深基坑三維可視化安全預警平臺；
(3)圍護樁施工的同時在深基坑坡頂下面至與冠梁深度相當的部位同步設置數個測斜儀與數個空隙水壓力計；沿圍護樁表面或圍護樁中與樁軸平行同步設置多個測斜儀，底部的測斜儀深入樁尖以下，頂部的測斜儀與冠梁上部平齊；沿圍護樁表面安裝多個孔隙水壓力計；在深基坑坡頂和冠梁上表面安裝數個靜力水準儀；現場同步安裝聲光報警器；采集深基坑坡頂和圍護樁的沉降、水平位移以及圍護樁周土孔隙水壓力實時監測數據，并傳輸到遠程監測和數據處理主機，生成數據庫文件，深基坑開挖變形穩定性三維數值模型實時調用這些數據；
(4)深基坑開挖變形穩定性三維數值模型利用得到的最初數組沉降、位移和孔隙水壓力數據完成自我參數修正并給出各參數模型閾值，之后模型將得到的后續實測系列數據進行分析，并與模型閾值進行比對，通過深基坑三維可視化安全預警平臺予以展現并對超警戒參數進行分級安全預警；預警信息通過與計算機連接的短信模塊，以手機短信方式發送至現場施工與地面管理相關人員的手機，實現深基坑變形穩定性遠程預警；同時，預警信息還通過可視化安全預警平臺回傳到安裝在施工現場作業面的聲光報警器進行聲、光報警，實現現場預警，使施工管理相關人員及施工現場的作業人員根據預警信息及時采取相關預防措施，進一步加強施工風險管理。一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，包括若干個測斜儀、若干個靜力水準儀與若干個孔隙水壓力計；其特征在于還包括依次連接的聲光報警器、自動化數據采集儀、GPRS靜態數據采集儀、通信發射基站、商用衛星、通信接收基站、互聯網及遠程計算機；測斜儀、靜力水準儀、孔隙水壓力計與聲光報警器有線連接，聲光報警器與自動化數據采集儀有線連接，自動化數據采集儀另一端無線連接GPRS靜態數據采集儀，GPRS靜態數據采集儀、通信發射基站、商用衛星、通信接收基站與互聯網之間依次無線信號通訊連接，互聯網與遠程計算機連接，遠程計算機連接有F2003GSMDTU短信模塊，F2003GSMDTU短信模塊與數個手機無線信號通訊連接。應用時，設置若干斷面，每個斷面上依據深基坑圍護樁深度每一定間隔布設一個測斜儀，深基坑坡頂和冠梁上部分別安裝一個靜力水準儀和數個測斜儀、數個孔隙水壓力計，靜力水準儀基準點安裝在深基坑外相對沉降穩定點。本發明提供了一種基于測斜儀、靜力水準儀以及孔隙水壓力計的深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警技術。本發明基于深基坑巖土物理力學參數、深基坑區域水文地質工程地質條件以及連續介質快速拉格朗日分析程序FLAC3d技術，建立施工區域深基坑開挖變形穩定性三維數值模型；并基于VTK(Visualization Toolkit)商業軟件系統建立深基坑三維可視化安全預警平臺。通過測斜儀、靜力水準儀與孔隙水壓力計采集深基坑坡頂和圍護樁的沉降、水平位移以及圍護樁周土孔隙水壓力變化等實時監測數據，并將實時監測數據傳輸到用戶計算機，計算機深基坑開挖變形穩定性三維數值模型調用這些數據，深基坑開挖變形穩定性三維數值模型利用得到的最初數組沉降、位移和孔隙水壓力數據完成自我參數修正并給出各參數模型閾值，之后模型將得到的后續實測系列數據進行分析，并與模型閾值進行比對，通過深基坑三維可視化安全預警平臺予以展現并對超警戒參數進行分級安全預警；所有預警信息通過與遠程計算機連接的短信模塊，以手機短信方式發送至相關人員的手機，同時，預警信息還通過可視化安全預警平臺回傳到安裝在施工現場作業面的聲光報警器進行聲、光報警，從而完成深基坑變形穩定性現場與遠程三維數字安全預警，使相關人員根據預警信息及時采取預防措施，提高深基坑施工人員安全性。
圖I是布置在深基坑的測斜儀、靜力水準儀、孔隙水壓力計與聲光報警器布置縱斷面圖，
圖2是布置在深基坑的測斜儀、靜力水準儀、孔隙水壓力計、聲光報警器以及自動化數據采集儀、GPRS靜態數據采集儀平面示意圖，
圖3是本發明的結構、數據采集傳輸與數據回傳的示意圖。圖中I一測斜儀，2-自動化數據采集儀，3 — GPRS靜態數據采集儀，4一靜力水準儀，5—圍護樁，6—深基坑坡頂，7—工字鋼支撐，8—冠梁，9一基坑底面，10—商用衛星，11 一通信發射基站，12—互聯網，13—遠程計算機，也稱遠程監測和數據處理主機，14-F2003GSMDTU短信模塊，15—手機，16—通信接收基站，17—聲光報警器，18—孔隙水壓力計。
具體實施例方式系統實施例如圖I、圖2與圖3所示一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，包括若干個測斜儀I、若干個靜力水準儀4與若干個孔隙水壓力計18 ;還包括依次連接的聲光報警器17、自動化數據采集儀2、GPRS靜態數據采集儀3、通信發射基站11、商用衛星10、通信接收基站16、互聯網12及遠程計算機13 ;測斜儀I、靜力水準儀4、孔隙水壓力計18與聲光報警器17有線連接，聲光報警器17與自動化數據采集儀2有線連接，自動化數據采集儀2另一端無線連接GPRS靜態數據采集儀3，GPRS靜態數據采集儀3、通信發射基站11、商用衛星10、通信接收基站16與互聯網12之間依次無線信號通訊連接，互聯網12與遠程計算機13連接，遠程計算機13連接有F2003GSMDTU短信模塊14，F2003GSMDTU短信模塊14與數個手機15無線信號通訊連接。聲光報警器17采用ADS-R3串口塔式LED聲光報警器，由深圳市艾德斯科技有限公司提供。 參見圖I與圖2 :深基坑包括深基坑坡頂6和基坑底面9。在深基坑坡頂6下面至與冠梁8深度相當的部位設置數個測斜儀I與數個孔隙水壓力計18，在深基坑圍護樁5中設置多個測斜儀1，同深度圍護樁5周邊土中設置多個孔隙水壓力計18，深基坑坡頂6表面設置數個靜力水準儀4，冠梁8表面也設置數個靜力水準儀4。本領域的技術人員知道，深基坑圍護樁5中設置的多個測斜儀I也可以設置在圍護樁5的表面。若干個測斜儀I包括深基坑坡頂6下面設置的串接的數個測斜儀I與深基坑圍護樁5中同步設置的串接的多個測斜儀I ;若干個孔隙水壓力計18包括深基坑坡頂6下面設置的串接的數個孔隙水壓力計18與圍護樁5周邊土中設置的串接的多個孔隙水壓力計18 ；若干個靜力水準儀4包括深基坑坡頂6表面設置的串接的數個靜力水準儀4與冠梁8表面設置的串接的數個靜力水準儀4。串接的數個測斜儀I、串接的多個測斜儀I、串接的數個孔隙水壓力計18、串接的多個孔隙水壓力計18與數個靜力水準儀4均與一根主線連接，主線與聲光報警器17連接。遠程計算機13建立有深基坑開挖變形穩定性三維數值模型以及深基坑三維可視化安全預警平臺。深基坑開挖變形穩定性三維數值模型的建立是基于基坑區域地層水文地質工程地質條件、該區域巖土體物理力學參數以及連續介質快速拉格朗日分析程序FLAC311。深基坑三維可視化安全預警平臺基于VTK(Visualization Toolkit)商業軟件系統。本實施例將測斜儀I、孔隙水壓力計18與靜力水準儀4連接在一根主線；但測斜儀I、孔隙水壓力計18與靜力水準儀4的串接的方式不受實施例的限制。方法實施例
(I)選擇一深基坑作為深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法系統實施的對象；調查該深基坑區域地層水文地質工程地質條件，收集其巖土物理力學參數；
(2)遠程監測和數據處理主機建立預警系統實施對象區域深基坑開挖變形穩定性三維數值模型，建立深基坑三維可視化安全預警平臺。深基坑開挖變形穩定性三維數值模型的建立是基于基坑區域地層水文地質工程地質條件、該區域巖土體物理力學參數以及連續介 質快速拉格朗日分析程序FLAC'深基坑三維可視化安全預警平臺基于VTK (VisualizationToolkit)商業軟件系統。(3)圍護樁施工的同時在深基坑坡頂6下面至與冠8深度相當的部位同步設置數個測斜儀I與數個空隙水壓力計18，沿圍護樁5外表面或圍護樁5樁中與樁軸平行同步設置多個測斜儀，底部的測斜儀I深入樁尖以下，頂部的測斜儀I與冠梁8上部平齊；沿圍護樁5外表面安裝多個孔隙水壓力計，在深基坑坡頂6和冠梁8上表面安裝數個靜力水準儀4 ;現場同步安裝聲光報警器17 ;采集深基坑坡頂6和圍護樁5的沉降、水平位移以及圍護樁5周邊土孔隙水壓力實時監測數據，并將實時監測數據通過自動化數據采集儀2發送至GPRS靜態數據采集儀2，再通過GPRS靜態數據采集儀3附近通信發射基站11發至商用衛星10，之后傳輸到其他通信接收基站16，并進入互聯網12傳輸到遠程監測和數據處理主機13，生成數據庫文件，深基坑開挖變形穩定性三維數值模型實時調用這些數據；
(4)深基坑開挖變形穩定性三維數值模型利用得到的最初數組沉降、位移和孔隙水壓力數據完成自我參數修正并給出各參數模型閾值，之后模型將得到的后續實測系列數據進行分析，并與模型閾值進行比對，通過深基坑三維可視化安全預警平臺予以展現并對超警戒參數進行分級安全預警；預警信息通過與計算機13連接的短信模塊14，以手機短信方式發送至現場施工與地面管理相關人員的手機15，實現深基坑變形穩定性遠程預警；同時，預警信息還通過可視化安全預警平臺回傳到安裝在施工現場作業面的聲光報警器17進行聲、光報警，實現現場預警，使施工管理相關人員及施工現場的作業人員根據預警信息及時采取相關預防措施，進一步加強施工風險管理。
權利要求
1.一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警方法，包括下述步驟 (1)選擇一深基坑作為被研究的對象；調查該深基坑區域地層水文地質工程地質條件，收集該深基坑區域巖土物理力學參數； (2)基于深基坑區域地層水文地質工程地質條件、該深基坑區域巖土體物理力學參數以及連續介質快速拉格朗日分析程序FLAC3d建立深基坑開挖變形穩定性三維數值模型；基于VTK(Visualization Toolkit)商業軟件系統建立深基坑三維可視化安全預警平臺； (3)圍護樁施工的同時在深基坑坡頂下面至與冠梁深度相當的部位同步設置數個測斜儀與數個空隙水壓力計，沿圍護樁表面或圍護樁中與樁軸平行同步設置多個測斜儀，底部的測斜儀深入樁尖以下，頂部的測斜儀與冠梁上部平齊；沿圍護樁表面安裝多個孔隙水壓力計；在深基坑坡頂和冠梁上表面安裝數個靜力水準儀；現場同步安裝聲光報警器；采集深基坑坡頂和圍護樁的沉降、水平位移以及圍護樁周土孔隙水壓力實時監測數據，并傳輸到遠程監測和數據處理主機，生成數據庫文件，深基坑開挖變形穩定性三維數值模型實時調用這些數據； (4)深基坑開挖變形穩定性三維數值模型利用得到的最初數組沉降、位移和孔隙水壓力數據完成自我參數修正并給出各參數模型閾值，之后模型將得到的后續實測系列數據進行分析，并與模型閾值進行比對，通過深基坑三維可視化安全預警平臺予以展現并對超警戒參數進行分級安全預警；預警信息通過與計算機連接的短信模塊，以手機短信方式發送至現場施工與地面管理相關人員的手機，實現深基坑變形穩定性遠程預警；同時，預警信息還通過可視化安全預警平臺回傳到安裝在施工現場作業面的聲光報警器進行聲、光報警，實現現場預警。
2.一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，包括若干個測斜儀、若干個靜力水準儀與若干個孔隙水壓力計；其特征在于還包括依次連接的聲光報警器(17)、自動化數據采集儀(2)、GPRS靜態數據采集儀(3)、通信發射基站(11)、商用衛星(10)、通信接收基站(16)、互聯網(12)及遠程計算機(13);測斜儀(I)、靜力水準儀(4)、孔隙水壓力計(18)與聲光報警器(17)有線連接，聲光報警器(17)與自動化數據采集儀(2)有線連接，自動化數據采集儀(2 )另一端無線連接GPRS靜態數據采集儀(3 )，GPRS靜態數據采集儀(3 )、通信發射基站(11)、商用衛星(10)、通信接收基站(16)與互聯網(12)之間依次無線信號通訊連接，互聯網(12)與遠程計算機(13)連接，遠程計算機(13)連接有F2003GSMDTU短信模塊(14)，F2003GSMDTU短信模塊(14)與數個手機(15)無線信號通訊連接。
3.如權利要求2所述的一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，其特征在于在深基坑坡頂(6)下面至與冠梁(8)深度相當的部位設置數個測斜儀(I)與數個孔隙水壓力計(18)，沿深基坑圍護樁(5)表面或圍護樁(5)中設置多個測斜儀(1)，同深度圍護樁(5)周邊土中設置多個孔隙水壓力計(18)，深基坑坡頂(6)表面設置數個靜力水準儀(4 )，冠梁(8 )表面也設置數個靜力水準儀(4 )。
4.如權利要求3所述的一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，其特征在于若干個測斜儀(I)包括深基坑坡頂(6)下面設置的串接的數個測斜儀(I)與深基坑圍護樁(5)表面或圍護樁(5)中同步設置的串接的多個測斜儀(I);若干個孔隙水壓力計(18)包括深基坑坡頂(6)下面設置的串接的數個孔隙水壓力計(18)與圍護樁(5)周邊土中設置的串接的多個孔隙水壓力計(18);若干個靜力水準儀(4)包括深基坑坡頂(6)表面設置的串接的數個靜力水準儀(4)與冠梁(8)表面設置的串接的數個靜力水準儀(4)。
5.如權利要求4所述的一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，其特征在于串接的數個測斜儀(I)、串接的多個測斜儀(I)、串接的數個孔隙水壓力計(18)、串接的多個孔隙水壓力計(18)與數個靜力水準儀(4)均與一根主線連接，主線與聲光報警器(17)連接。
6.如權利要求2至5任意一項所述的一種深基坑變形穩定性遠程智能監測及三維預警系統，其特征在于聲光報警器(17)采用ADS-R3串口塔式LED聲光報警器。
全文摘要
本發明基于深基坑巖土物理力學參數、深基坑區域水文地質工程地質條件與FLAC3D技術，建立施工區域深基坑開挖變形穩定性三維數值模型；基于VTK商業軟件系統建立深基坑三維可視化安全預警平臺。通過測斜儀、靜力水準儀與孔隙水壓力計采集深基坑坡頂和圍護樁的沉降、水平位移與圍護樁周土孔隙水壓力變化實時監測數據，并將數據傳輸到用戶計算機，深基坑開挖變形穩定性三維數值模型將得到的實測沉降、位移和孔隙水壓力數據分析，并與模型閾值進行比對，通過深基坑三維可視化安全預警平臺予以展現并對超警戒參數進行分級安全預警；所有預警信息發送至相關人員的手機，同時，預警信息回傳到安裝在施工現場作業面的聲光報警器進行聲、光報警。
文檔編號E02D1/00GK102943459SQ201210512149
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者唐述林 申請人:中鐵二十一局集團有限公司