专利名称：基坑开挖实时检测方法
技术领域：
本发明涉及一种施工检测方法，特别是一种基坑开挖实时检测方法，属于建筑工程领域。
技术背景-
当前，基坑支护设计尚无成熟的方法用以计算基坑周围的土体变形，施工中通过准确及 时的检测，可以指导基坑开挖和支护，有利于及时采取应急措施，避免或减轻破坏性的后果。
深基坑检测是一种直观反映基坑变形情况的检测手段，是信息化施工常用的一种方法。 施工检测在确保深基坑开挖安全上起着十分重要的作用。检测的主要内容有支撑轴力、围护 结构的位移沉降变形、地表沉降、管线的位移沉降、周边构建物的位移沉降、基坑隆起、地 下水位变化等。在基坑开挖施工中，及时准确地检测这些内容，发现一些监控数据接近或超 过警戒值时，能及时准确地发现施工过程中存在的问题，就能及时准确地调整施工步骤，并 采取相应的正确对策，以达到有效控制基坑变形，确保基坑安全的目的。
经专利文献检索发现，中国专利号为96116217.1，名称为 一种基坑开挖对环境损害 的预测和控制方法，申请人为同济大学，该发明专利介绍了一种采用随机介质理论法和有 限元法结合施工过程中位移进行反分析，对基坑周围地表及挡土墙作任意剖面任意时间的沉 降和位移的预测，然后通过配置有液压泵站的液压柱与由装配式钢管或钢筋混凝土预制件组 成的支撑系统顶住挡土墙，并随时按计算结果作相应的增压调节，从而保证基坑周围的建筑 物和地下管线处于安全状态。但从它的使用方式和结构形式上来看，它不能进行三维实时可 视化监控，不能满足城市大、深型地铁基坑施工支撑的全方位监控的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基坑开挖实时检测方法，用于基 坑三维可视化监控管理。该发明利用压力传感器、位移传感器实时测出内置液压油缸钢支撑 装置的轴力变化，利用光学测距仪测出基坑周边横向及纵向距离，再利用三维激光扫描仪实 时监测基坑地面隆起或凹陷变化，并通过计算机进行可视化监控及操作。
内置液压油缸钢支撑装置可对基坑支撑轴力进行实时监控和自动调节补偿，采用自动采 集数据、故障报警、三维立体显示多轴分布的轴力，同时还通过利用三维激光扫描仪实时监
3测基坑地面隆起或凹陷变化。施工时，能实时调控支撑装置，实时显示三维基坑及其周围的 状态，使得控制更加直观、有效,预警危险状况，及时采取处理措施防止事故发生。它能够 根据支护系统的实时采集数据自动判断支护系统的变化趋势，从而能够合理的做出控制方 案，对未来短时期内基坑支护结构的性状进行分析、预警与控制，使得支护系统良好工作， 充分发挥监测对施工的预警、指导作用，保证基坑的整体稳定性，防止基坑施工事故的发生 本发明是通过以下的技术方案来实现的本发明在整个基坑施工监测过程中，以全方位 实时监测为工作原则。 一方面通过实时监测和控制可控式液压支撑的轴力和位移的变化，将 纵向每一深度及横向每一跨度点上分布的液压支撑实测压力值与理论压力值进行比较， 一旦 实测压力值超出理论平衡压力值或失稳的临界值即报警。另一方面通过三维激光扫描仪实时 监测基坑底面的凹陷和隆起，从而做到全方位监控，达到控制基坑安全施工的效果。整套装 置通过计算机软件控制操作系统进行控制执行，可以实现完全自动化的数据采集、处理、存 储、程序控制；支撑点信息反馈收集和可视化同步数据处理的功能，并对基坑墙体的变形进 行可视化的三维预测。
这种基坑开挖实时检测方法，用于检测基坑开挖过程中的坑周边土体位移变化、坑周边 土压力变化及坑底土体隆起变化，其下列步骤
① 在基坑支撑基准点架设内置液压油缸钢支撑装置，该装置由液压油缸、外部密封罩、 液压动力系统及头部球铰座组成； 一端与固定钢支撑通过螺栓固定连接，另一端支撑在基坑 支护结构上；
② 在内置液压油缸钢支撑装置中安装油缸压力传感器与油缸行程传感器；
③ 当内置液压油缸钢支撑装置达到既定支撑轴力时，设置为基坑的平衡状态；
@取平衡状态时的油缸油压值作为既定推力油压值P，取此时液压油缸活塞杆的行程值 作为既定行程值L，并设置相应的上下限安全值；
⑤将光学测距仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用光学测距仪测出基坑中 基准点到坑周横向距离X和纵向距离Y，并设置相应的上下限安全值；
将三维激光扫描仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用三维激光扫描仪测 出基准点到坑底所测范围内的坑底距离z，并设置相应的上下限安全值；
⑦ 用数据传输线将油缸压力传感器、油缸行程传感器、光学测距仪及三维激光扫描仪的 实时数据传入数据采集器，数据采集器通过计算机总线连入计算机；
⑧ 利用计算机调控实时数据的采集、传输、显示和记录；
将实时数据的即时推力油压值P、即时行程值1、基坑横向距离x、基坑纵向距离y及坑底距离z与既定推力油压值P、既定行程值L、基坑横向距离X、纵向距离Y及坑底距离 Z相比较，如超过上下限值则报警。
而从以上所测的数据均采集入计算机中，通过计算机软件分别将同一列、同一行的轴力 及位移值用三维图形显示。在实际施工的情况下可以根据需要任意查看每一根液压支撑的轴 力和其位移值，也可查看每一行或每一列的轴力变化曲线图形及位移曲线变化图形，同时还
可以査看由三维激光扫描仪输入计算机的基坑坑底的沉降或隆起的变化图形。所有的图形曲 线与理论正常状态下的图形曲线相比较，若超过正常曲线报警范围，则报警。
方法步骤中的油缸压力传感器与液压动力系统相连接，所述的油缸行程传感器安装在液 压油缸的活塞杆内。
本发明具有的实质性特点和显著进步，本发明可实时检测基坑支撑系统轴向力变化并能 及时自动采取措施，进行补充调整。可实时监测土体压力变化和坑周土体位移以及坑底土体 隆起。所测数据可三维可视化显示并参与控制管理。对采集的数据进行统计、预测和影响因 素分析，并能采取相应措施，维持开挖面稳定。相比于现有的基坑监测方法，实现自动采集 的基坑支撑监测，可以大大提高自动化的程度和施工的安全性，并在节省人工的同时实现高 效施工的目的。
图1为基坑开挖实时监控方法示意图
具体实施例方式
现结合图1来具体阐述该发明的具体实施方式
，
现结合附图l说明该发明的
具体实施例方式某地铁车站的出入口基坑工程，基坑开挖面
积为为1224.2m2，开挖深度为地面以下10.75m，使用三道0>609X 16 mm钢管支撑，其中基坑 最上部的两行三列共六根支撑使用了可控式液压钢支撑(O609X16 mm)。支撑横向间距为 4500咖，纵向间距为3300 mm，第一行支撑与地面间距为1200 mm。
在该基坑开挖过程中采用了实时检测方法，用于检测基坑开挖过程中的坑周边土体位移 变化、坑周边土压力变化及坑底土体隆起变化，该方法包括了下列步骤
①在基坑支撑基准点架设内置液压油缸钢支撑装置，该装置由液压油缸、外部密封罩、 液压动力系统及头部球铰座组成； 一端与固定钢支撑通过螺栓固定连接，另一端支撑在基坑 支护结构上；液压动力系统包含液压油缸、密闭油箱、电机+泵。随着基坑的开挖当达到支 撑位置时用吊车将预先安装并调试好的液压支撑吊放到支撑将安装的位置。找准支撑点后通 过控制计算机上的操作软件让活塞杆伸长并将连接在活塞杆上的撑板作用在事先安装固定
5在牛腿上的围檩或直接作用在基坑维护结构上，通过控制计算机使该支撑点上的轴力达到设 计值。控制软件进入自动补偿-保压状态。
② 在内置液压油缸钢支撑装置中安装油缸压力传感器与油缸行程传感器；
③ 当内置液压油缸钢支撑装置达到既定支撑轴力时，设置为基坑的平衡状态；
取平衡状态时的油缸油压值作为既定推力油压值P，取此时液压油缸活塞杆的行程值 作为既定行程值L，并设置相应的上下限安全值；
⑤将光学测距仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用光学测距仪测出基坑中 基准点到坑周横向距离X和纵向距离Y，并设置相应的上下限安全值；
将三维激光扫描仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用三维激光扫描仪测 出基准点到坑底所测范围内的坑底距离z，并设置相应的上下限安全值；
⑦ 用数据传输线将油缸压力传感器、油缸行程传感器、光学测距仪及三维激光扫描仪的 实时数据传入数据采集器，数据采集器通过计算机总线连入计算机；
⑧ 利用计算机调控实时数据的采集、传输、显示和记录；
将实时数据的即时推力油压值P、即时行程值1、基坑横向距离x、基坑纵向距离y 及坑底距离z与既定推力油压值P、既定行程值L、基坑横向距离X、纵向距离Y及坑底距离 Z相比较，如超过上下限值则报警。
基坑开挖实时检测中于所述的油缸压力传感器与液压动力系统相连接，所述的油缸行程 传感器安装在液压油缸的活塞杆内。
基坑开挖实时检测方法中的既定推力油压值P取为200bar，其上下限为士15bar;油缸既 定行程值L取为150 mm，其上下限值为±5咖。
基坑开挖实时检测方法中的油缸压力传感器、油缸行程传感器均选用NI 6224传感器。
基坑开挖实时检测方法中选用的数据采集器采用NI 6512或NI 6511模块。 基准点到坑底的位移值，来监控坑底的土体隆起， 一旦实测位移值超出理论设定值即报警。
而从以上所测的数据均采集入计算机中，通过计算机软件分别将同一列、同一行的轴力 及位移值用三维图形显示。在实际施工的情况下可以根据需要任意查看每一根液压支撑的轴 力和其位移值，也可查看每一行或每一列的轴力变化曲线图形及位移曲线变化图形，同时还 可以查看由三维激光扫描仪输入计算机的基坑坑底的沉降或隆起的变化图形。所有的图形曲 线与理论正常状态下的图形曲线相比较，若超过正常曲线报警范围，则报警。
权利要求
1. 一种基坑开挖实时检测方法，用于检测基坑开挖过程中的坑周边土体位移变化、坑周边土压力变化及坑底土体隆起变化，其特征在于包括了下列步骤①在基坑支撑基准点架设内置液压油缸钢支撑装置，该装置由液压油缸、外部密封罩、液压动力系统及头部球铰座组成；一端与固定钢支撑通过螺栓固定连接，另一端支撑在基坑支护结构上；②在内置液压油缸钢支撑装置中安装油缸压力传感器与油缸行程传感器；③当内置液压油缸钢支撑装置达到既定支撑轴力时，设置为基坑的平衡状态；④取平衡状态时的油缸油压值作为既定推力油压值P，取此时液压油缸活塞杆的行程值作为既定行程值L，并设置相应的上下限安全值；⑤将光学测距仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用光学测距仪测出基坑中基准点到坑周横向距离X和纵向距离Y，并设置相应的上下限安全值；⑥将三维激光扫描仪安装在钢支撑的固定支座上，在平衡状态时利用三维激光扫描仪测出基准点到坑底所测范围内的坑底距离z，并设置相应的上下限安全值；⑦用数据传输线将油缸压力传感器、油缸行程传感器、光学测距仪及三维激光扫描仪的实时数据传入数据采集器，数据采集器通过计算机总线连入计算机；⑧利用计算机调控实时数据的采集、传输、显示和记录；⑨将实时数据的即时推力油压值p、即时行程值1、基坑横向距离x、基坑纵向距离y及坑底距离z与既定推力油压值P、既定行程值L、基坑横向距离X、纵向距离Y及坑底距离Z相比较，如超过上下限值则报警。
2. 根据权利要求1所述的基坑开挖实时检测方法，其特征在于所述的油缸压力传感器与 液压动力系统相连接，所述的油缸行程传感器安装在液压油缸的活塞杆内。
3. 根据权利要求1所述的基坑开挖实时检测方法，其特征在于既定推力油压值P取为 200bar，其上下限为士15bar;油缸既定行程值L取为150 mm，其上下限值为士5 mm。
4. 根据权利要求1或2所述的基坑开挖实时检测方法，其特征在于油缸压力传感器、油 缸行程传感器均选用NI 6224传感器。
5. 根据权利要求1所述的基坑开挖实时检测方法，其特征在于选用的数据采集器采用 NI 6512或NI 6511模块。
全文摘要
一种基坑开挖实时检测方法，用于检测基坑开挖过程中的坑周边土体位移变化、坑周边土压力变化及坑底土体隆起变化，属于建筑工程领域。该发明利用压力传感器、位移传感器实时测出内置液压油缸钢支撑装置的轴力变化，利用光学测距仪测出基坑周边横向及纵向距离，再利用三维激光扫描仪实时监测基坑地面隆起或凹陷变化，并通过计算机进行可视化监控及操作。该发明相比于现有的基坑监测方法，实现自动采集的基坑支撑监测，可以大大提高自动化的程度和施工的安全性，并在节省人工的同时实现高效施工的目的，可广泛应用于基坑施工领域。
文档编号E02D33/00GK101457533SQ20071017214
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者宓佩明, 庄欠伟, 磊 杨, 段创峰, 王伟钢, 王鹤林, 石元奇, 翟一欣, 郝震宇, 燕 黎 申请人:上海隧道工程股份有限公司