[发明专利]一种实时监测地下多层次空间地表沉降变形的方法

说明书

本发明公开了一种实时监测地下多层次空间地表沉降变形的方法，包括以下步骤：(1)进行相对绝对位移的监测；(2)计算得到沉降槽曲线；(3)横截面上选横向测点阵列；(4)纵剖面上布置纵向测点阵列；(5)在各横、纵向测点阵列位置处开挖一定长、宽、高尺寸的长方形钻孔，将保护井放入孔洞中，并注入快凝混凝土，将MEMS倾角传感设备放入其中；(6)各MEMS倾角传感设备自动测量倾斜角度，通网络发送到终端；(7)终端自动无线接收测量数据，解译后再发送给隧道云监测服务器；(8)服务器在线完成监测数据的接收、存储、处理、分析、报警、可视化展现功能。本发明的监测方法可实现自动化测量，并且测量精度高，安装简单。

技术领域

本发明涉及地下空间领域，具体是一种实时监测地下多层次空间地表沉降变形的方 法。

背景技术

随着我国经济和社会的不断发展，交通基础设施建设规模逐步扩大，隧道数量和里程 逐渐增多。截止2010年，我国已建铁路隧道总长度超过7000km、公路隧道5000km，地铁线路1400km。预计至2020年，我国还将规划建设隧道5000座，总长度9000公里以上。 我国已成为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。

隧道施工特别是掘进过程会产生围岩扰动效应，从而引发隧道拱顶沉降和周边收敛， 地表也会发生沉降和变形。在人口密集、建筑设施密布的城市中进行隧道施工时，由于周 边建筑物及地下管线众多，隧道施工过程中产生的地层沉降易导致地表建构筑物倾斜，甚 至开裂倒塌，存在很多风险隐患，事故频发。因此，隧道地表沉降变形监测已成为隧道信息化施工的重要组成部分，是及时了解隧道施工对地表的影响，进而有效控制隧道安全、保护地上建筑物的重要手段。

传统的隧道地表沉降变形监测方法通常采用几何水准测量方法或三角高程测量方法， 使用全站仪、水准仪和水准尺等测量仪器沿隧道开挖方向逐点、逐断面的测量。这种测量 方法存在以下缺点：1)需要技术人员到现场人工测量，不仅现场操作繁复、耗时费力，而且人为因素对量测精度的影响较大；2)城市隧道通常沿主干公路线修建，路面交通繁忙，环境复杂，影响因素众多，测量场地狭窄，并且常常需要夜间实施外业测量，光线微 弱，导致测量的可靠度和灵敏度不高；3)每个断面仅测量有限几个点位，很难准确反映 整个断面的变形状态；4)通常采用文件管理和人工计算方式处理现场监测数据，无法实 现数据库管理、共享和原始数据追溯，导致分析效率低下，数据真实性得不到保证。因此， 传统监测方法已无法满足现代隧道施工及运营对自动化、信息化监控量测技术的需求。

近年来，随着计算机、物联网及无线通讯技术的不断发展，隧道地表沉降监测正在实 现人工测量到自动化监测的跨越。压阻式静力水准仪、自动全站仪及分布式光纤应变监测 等自动化监测设备已被用于隧道地表沉降自动化监测项目中。但上述监测设备存在成本 高、安装困难等缺点，在实际工程中很少应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时监测地下多层次空间地表沉降变形的方法，以解决上 述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种实时监测地下多层次空间地表沉降变形的方法，是利用分布式MEMS倾角传感设 备阵列在线监测地下多层次空间地表沉降的绝对变形，包括以下步骤：

(1)进行相对位移的监测，采用涡卷弹簧式离层测量仪，对路面与原状土路基之间的相对位移的监测，光电编码器测量位移量，实时采集，无线传输；

(2)根据开挖的地下空间的工程地质情况，进行多排及多层的沉降理论计算，得到沉降槽曲线，选取曲线的反弯点及陡降段作为测点；

(3)在地下多层次空间地表垂直于对称轴的横截面上，在倾斜角度突变区优选横向 测点阵列；

(4)在地下多层次空间地表沿对称轴的纵剖面上，开挖初期按纵剖面曲线的反弯点 和陡降段布置测点，该区域进入稳定沉降之后按一定间距均匀布置纵向测点阵列；