一种软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种已运营暗挖山岭地铁隧道结构位移实时监测系统，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人、强制对中托架、电源通信箱、隧道内已有220V电源及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜和L形小棱镜，所述L形小棱镜安装在地铁的轨道板；所述后视圆棱镜上下错开安装在衬砌处。本发明专利技术的有益效果主要表现在：(1)测试场地不需要人员驻守，为自动化测量；(2)监测机器人的有效测量长度大，涵盖多个传统位移测量项目；(3)多点测量，点组位移组合比对可以分析得出整个地铁车站的位移变化。

Real time monitoring system and test method for structural displacement of metro station operated by soft soil

The invention relates to a running real-time monitoring system for subway tunnel excavation of mountain structure displacement, including displacement monitoring, monitoring robot workstation prism and automatic monitoring of the remote host; the displacement monitoring robot by displacement monitoring robot, forced centering bracket, power communication box, the tunnel has been 220V power cable and the composition; after the prism and the prism comprises monitoring round L shaped prism, the L shaped prism is arranged in the subway track plate; the rear circular prism staggered installation in lining at. The beneficial effect of the invention is mainly manifested in: (1) the test site without the need for personnel stationed for automatic measurement; (2) the effective measurement length monitoring robot, covering a number of traditional displacement measurement project; (3) multi points measuring point displacement combined alignment can be analyzed to get the displacement changes in the subway station.

【技术实现步骤摘要】
一种软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统及测试方法
本专利技术涉及地铁车站基础设施结构安全健康监测领域，具体而言是软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统及测试方法。
技术介绍
随着我国城市化进程不断加快，城市人口越来越多，这给城市交通带来了巨大的压力，地铁因其快速、便捷、载客量大的优势而应运得到推广应用。目前各大城市都在大力建设地铁，根据轨道交通中长期发展规划，十二五期间，将建设2500公里的轨道交通线路，十三五期间将建设3000公里，到十三五末，全国轨道交通运营里程将达到7000公里，然而目前国内地铁建设多呈现“重建不重养”的现状，尤其在我国地铁建设尚属发展中阶段，这会给地铁的日后运营及周围建筑的稳定埋下安全隐患。现代地铁隧道数量多、相互交叉以及高密集等特点对地铁施工提出了严格的要求，现代轨道交通运营速度不断提高，地铁对轨道的动力作用越来越大，这又对轨道行车安全提出了更高的要求。并且随着城市化的推进，地铁口的地块成为房地产业的必争之地，而在地铁口进行工程建设，势必对地铁车站结构有所影响。因此，针对此类近地铁工程项目建设对地铁车站的影响研究相当重要。目前对于软土地铁的监测多以监测盾构区间的变形监测为主，而对于地铁车站的变形监测则比较少，因此有必要开发一套针对地铁车站变形监测的系统及其测试方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稳定性好、测量精度高、环境适应能力强的基于物联网的软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统及测试方法。已运营暗挖山岭地铁隧道结构位移实时监测系统，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人、强制对中托架、电源通信箱、隧道内已有220V电源及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜和L形小棱镜，所述L形小棱镜安装在地铁的轨道板；所述后视圆棱镜上下错开安装在衬砌处；位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱内的通讯模块相连，所述通讯模块将实时球坐标无线反馈至计算机远程端；所述计算机远程端包括：动态基准实时测量模块，可用于远程控制位移监测机器人的测量作业，亦可核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、道床差异沉降值、道床水平位移、隧道水平收敛，并按时间顺序整理存储。作为优选：所述电源通信箱包含一个通讯模块、一个位移监测机器人电源适配器、一个通讯模块电源适配器及其相应电缆线。软土已运营暗挖山岭地铁隧道结构位移实时监测系统的测试方法，包括如下步骤：1)于地铁车站轨行区内，安装位移监测机器人工作站；2)依据需要进行监测断面的划分，一侧共2个基准后视断面，每个基准后视断面布设错开的2个后视圆棱镜；每个监测断面仅布设2个L形小棱镜于轨道两侧；后视圆棱镜均布设于相接盾构区间的隧道两腰位置，形成空间控制网；3)第一次测量采集的初始值由人工依次操作位移监测机器人采集后视圆棱镜坐标，继而建立监测控制网，进行多个位移监测机器人联合作业，再采集所有L形小棱镜坐标；4)导入第一次人工采集的坐标，通过计算机远程端的动态基准实时测量模块与隧道内通讯模块的网络连通，达到实时控制位移监测机器人监测的目的，而后续位移监测机器人监测成果也经由通讯模块发送至计算机远程端；5)通过变形点监测分析模块，查看经过自动换算的监测小棱镜坐标；变形点监测分析模块可以将位移监测机器人反馈得到的监测小棱镜水平角、竖直角及斜距等球坐标换算为三维坐标；6)将得到的模块自动换算的三维坐标进行人工换算成各个监测项目的指标数值，所述监测项目包括道床沉降、道床差异沉降、道床水平位移。本专利技术的有益效果主要表现在：(1)测试场地不需要人员驻守，为自动化测量；(2)监测机器人的有效测量长度大，涵盖多个传统位移测量项目；(3)多点测量，点组位移组合比对可以分析得出整个地铁车站的位移变化；(4)本软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统通过计划测量任务、即时测量任务等方式对地铁隧道进行多点位实时监测，可以全天候、长时间的测试地铁车站结构的位移状况。附图说明图1为地铁车站结构位移实时监测系统工作原理示意图。图2为位移监测机器人工作站在地铁车站的安装布局示意图。图3为位移监测机器人工作站的电源通信箱结构布局示意图。图4为通讯模块各部件示意图图5为位移监测机器人车站内安装位置示意图。图6为地铁车站的监测小棱镜断面布置示意图。图7为地铁车站轨行区内监测棱镜及位移监测机器人工作站安装位置平面示意图。图8为本专利技术的软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统测试方法的操作流程示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。如图1至图8所示，一种已运营暗挖山岭地铁隧道结构位移实时监测系统，包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机。所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人1、强制对中托架2、电源通信箱3、隧道内已有220V电源4及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜5和L形小棱镜6，所述L形小棱镜6安装在地铁的轨道板所述后视圆棱镜5上下错开安装在衬砌处。位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜5建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜6坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱3内的通讯模块3-a相连，所述通讯模块3-a将实时球坐标无线反馈至计算机远程端，所述计算机远程端包括：动态基准实时测量模块7，可用于远程控制位移监测机器人的测量作业，亦可核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块8，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、道床差异沉降值、道床水平位移、隧道水平收敛，并按时间顺序整理存储。进一步，所述电源通信箱包含一个通讯模块3-a、一个位移监测机器人电源适配器3-b、一个通讯模块电源适配器3-c及其相应电缆线。如图1所示，已运营暗挖山岭地铁隧道结构位移实时监测系统的工作原理如下：动态基准实时测量模块7向电源通信箱3内的通讯模块3-a无线发送测量命令；通讯模块3-a再转发命令至互相联合的位移监测机器人1开始测量作业；位移监测机器人1通过作为基准点的后视圆棱镜5建立控制网；再对所有作为测量点的L形小棱镜6进行测量；测得的所有监测棱镜坐标有线传回通讯模块3-a；再通讯模块3-a无线发送至动态基准实时测量模块7，变形点监测分析模块8接收动态基准实时测量模块7转存到数据库的所有棱镜坐标，换算分析隧道的结构位移。图2为位移监测机器人工作站于隧道轨行区内的安装布局示意图。图中位移监测机器人1依靠强制对中支架2固定于隧道侧壁衬砌上，电源通信箱3就近安装固定于强制对中架下方。所述电源通信箱3上端穿出一根位移监测机器人专用电源信号线缆与位移监测机器人1相连；下端穿出一根220V电源线缆与隧道内本就存在的电源控制箱4接通。图3为图2中电源通信箱3的内部线路连接示意图。如图3所示，为便于围护位移监测机器人，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统，其特征在于：包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人(1)、强制对中托架(2)、电源通信箱(3)、隧道内已有220V电源(4)及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜(5)和L形小棱镜(6)，所述L形小棱镜(6)安装在地铁的轨道板所述后视圆棱镜(5)上下错开安装在与车站相邻的盾构区间衬砌处；位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜(5)建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜(6)坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱(3)内的通讯模块(3‑a)相连，所述通讯模块(3‑a)将实时球坐标无线反馈至计算机远程端；所述计算机远程端包括：动态基准实时测量模块(7)，用于远程控制位移监测机器人的测量作业，以及核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块(8)，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、道床差异沉降值、道床水平位移，并按时间顺序整理存储。

【技术特征摘要】
1.一种软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统，其特征在于：包括位移监测机器人工作站、监测棱镜和自动化监测远程主机；所述位移监测机器人工作站由位移监测机器人(1)、强制对中托架(2)、电源通信箱(3)、隧道内已有220V电源(4)及相关电缆线组成；所述监测棱镜包括后视圆棱镜(5)和L形小棱镜(6)，所述L形小棱镜(6)安装在地铁的轨道板所述后视圆棱镜(5)上下错开安装在与车站相邻的盾构区间衬砌处；位移监测机器人工作站通过后视圆棱镜(5)建立球坐标系作为监测控制网，并基于控制网坐标实时测量L形小棱镜(6)坐标变化；所述位移监测机器人与电源通信箱(3)内的通讯模块(3-a)相连，所述通讯模块(3-a)将实时球坐标无线反馈至计算机远程端；所述计算机远程端包括：动态基准实时测量模块(7)，用于远程控制位移监测机器人的测量作业，以及核查比对每个监测棱镜的坐标位置；变形点监测分析模块(8)，用于将位移监测机器人测量的球坐标转换成三维坐标，计算道床沉降值、道床差异沉降值、道床水平位移，并按时间顺序整理存储。2.根据权利要求1所述的软土已运营地铁车站结构位移实时监测系统，其特征在于：所述电源通信箱包含一个通讯模块(3-a)、一个位移监测机器人电源适配器...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁智，王达，张霄，
申请(专利权)人：浙江大学城市学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33