软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置，该装置包括：设置于地层中的测管、若干沉降标、监测控制模块、数据采集及处理模块以及用于探测沉降标信号的探头；监测控制模块包括注液调平装置、探头收放装置以及测管接头套；探头包括信号接收元件与液压量测元件。沉降标在监测作业前预先设置于测管周边地层中，通过注液调平装置向测管中注液并进行液面基准调平，探头收放装置控制探头在测管中逐步下放，数据采集及处理模块对探头所测数据进行采集处理以获取软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。本发明专利技术能大幅降低测管自身刚度对监测精度的影响；并可实现单孔多点自动化快速测量，提高土体分层沉降的监测精度和效率。

Monitoring method and device for layered settlement of deep soil in soft soil stratum

【技术实现步骤摘要】
软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置
本专利技术属于岩土工程监测
，尤其涉及软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置。
技术介绍
岩土地下工程施工过程中，为确保工程自身安全并对周边环境影响进行有效控制，需及时掌握周边地层介质变形情况及趋势，通过沉降监测可以完成对地层沉降这一重要数据指标进行实时搜集。随着地下空间开发的深度不断增加，采用相对简单的地表沉降监测已经不能直接反应施工作业区周边的土体变形情况，实施深层土体沉降监测可为工程建设提供更有效的环境影响量化判据；同时对于周边地层中存在复杂交错管线分布的情况下，土体深层分层沉降监测数据更为直观、精确的反应管线周边土体的变位情况，为管线保护方案及措施的确立提供依据，也为工程设计施工以及项目风险管理提供依据。对于路堤填筑以及大坝堆筑等回填地层的沉降监测，一般可按回填土次序，依次埋设沉降监测装置即可，该类装置较为简便。而对于原土地层的沉降监测，需采用竖向钻孔埋设分层沉降监测管或横剖面打入埋设测倾管的方法进行沉降监测装置的埋设。目前，针对软土地层深层土体分层沉降监测的方法常用的一般有两种:1.深标点水准仪：深标点水准仪是通过钻机在预定位置钻孔，为防止塌孔，在套筒保护下内设置沉降盘或回弹标，采用导杆或钢尺将孔底变位引出地表，再在地面通过水准仪进行观测。但是，深标点水准仪具有以下缺陷：1)一个钻孔只能布置一个深标点，一个深标点只能完成单一深度地层的沉降监测，若干个测点则需要若干个钻孔，布置太少无法形成有效监测，布置太多则大大影响工程施工作业空间；2)根据该方法的监测原理必须在套筒侧向变位不大的情况下方能保证测量精度，对于软土地区的地下工程普遍存在的侧向变形较大的情况缺乏适用性。2.磁环式分层沉降仪：常用的磁环式分层沉降仪是由磁铁环、保护导管、探头、指示器等部分组成。测孔主要施工步骤包括：首先根据测点设计高程将磁环连同爪子一起套在导管相应的位置上，然后钻孔至预定高程再沉放导管，打开爪子以保证磁环与土体同步变形。沉降监测过程中：于导孔中放入带有长度标记的探头，当探头达到磁环位置附近，接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出管口出的标尺数值，进而得到磁铁环的位移值，最终得到地层的隆沉变形情况。目前采用的导管有两种，一种是可压缩软管，直径为20mm左右，土层沉降时软管被压缩，磁环连同软管一起沉降；另一种是硬管，直径为40mm左右，磁环与爪子固定在一起但可以在管上自由滑动。磁环式沉降仪的另一种改进的做法是采用铁环代替磁环,相应的是将原来的铁探头改成磁探头,可以降低一些成本。但是，磁环沉降仪具有以下缺陷：1)磁铁环是套接在导管之上，导管对磁环的变位具有一定的约束作用，常常由于泥沙的卡嵌阻塞导致不能完全自由滑动，也就不能保证磁环与地层之间的绝对同步变形，也就导致量测失败；2)导管及管周边一定范围内的间隙充填介质一起形成了较原状土体刚度相差较大的“复合微型桩”，该“微型桩”作用的存在进一步导致磁环的变形并不能精确反映周边地层的变位情况；3)磁环上下滑动位置存在一定区间，该区间决定了其量程有限，当磁环到达接头处则无法继续滑动，导致后续量测失效；4)地层变位发生后导管同时也会产生一定的变形，此时采用带有长度标记的探头在弯管中进行沉降量测，量测结果其实是弯管轴心曲线的长度，而非真实的绝对水准高度；5)读数的准确性和测量的精度决定于如何判定发音或指示的起始位置，这多受到操作者主观判断影响；6)安装过程中，磁环两两之间的孔壁缝隙填充很难保证密实，这种情况极易影响测点精度甚至直接报废。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置，能够大幅降低测管自身刚度对监测精度的影响；更为有效的实现了单孔多点测量，在单位工作量条件下可以完成更多的监测数据采集；有效满足岩土工程大变形监测需求；充分降低监测作业的故障率且易于维护；误差来源相对较少，监测方法更为直接，避免测管弯曲带来的量测误差，大幅提高了监测精度；该方法操作流程简便，易于实现标准化、规范化，更加易于实现半自动化乃至自动化监测。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种软土地层深层土体分层沉降监测的装置，包括：设置于地层中作为探头行进通道的测管、若干具有信号发生功能的沉降标、用于向测管内注液并完成液面基准调平以及探头提升和沉放的监测控制模块、数据采集及处理模块以及用于探测沉降标信号的探头；所述沉降标包括信号发生元件；所述监测控制模块包括注液调平装置、探头收放装置以及测管接头套；所述探头包括信号接收元件与液压量测元件，所述沉降标在监测作业前预先设置于测管周边地层中，所述沉降标竖向间隔设置且各沉降标与测管之间具有一定间距，所述监测控制模块安装于测管上方，所述注液调平装置通过测管接头套与测管连通，通过所述注液调平装置向测管中注液并进行液面基准调平，所述探头收放装置能够控制所述探头在所述测管中进行升降，数据采集及处理模块接收来自探头的测量数据并对测量数据进行处理以得到软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。优选的，在上述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置中，所述探头可以通过传输线缆与探头收放装置所提供的接口进行连接，探头收放装置通过有线或者无线方式与数据采集及处理模块进行数据传输，从而使得数据采集及处理模块能够接收来自探头的测量数据。优选的，在上述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置中，所述数据采集及处理模块将探头中的信号接收元件所接收到的沉降标发生信号绘制成信号强度波形曲线，且所述数据采集及处理模块能够将探头中的液压量测元件所测得的探头当前位置的测管内液压强度换算成探头的深度水准坐标并绘制成探头水准坐标曲线，其中所述信号强度波形曲线上的波峰位置对应所述探头水准坐标曲线上的坐标值是各沉降标当前的实际水准坐标，所述数据采集及处理模块根据沉降标当前的实际水准坐标值的变化逐步推算软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。优选的，在上述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置中，还包括一基准点，所述基准点为设置在工程影响范围以外的地层位移不动点，单次监测作业前通过所述注液调平装置向测管中注液并调整注液调平装置的最大液面高度与基准点水平高程始终保持一致。优选的，在上述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置中，所述沉降标在护壁套筒的保护下通过沉降标径向植入装置经护壁套筒筒身对应的植标预留孔逐一植入地层中，所述沉降标径向植入装置，包括植标控制箱、牵引线以及植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述护壁套筒在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标控制箱通过驱动抽拉牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的各植标预留孔位置，所述植标器能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移。优选的，在上述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，包括：设置于地层中作为探头行进通道的测管、若干具有信号发生功能的沉降标、用于向测管内注液并完成液面基准调平以及探头提升和沉放的监测控制模块、数据采集及处理模块以及用于探测沉降标信号的探头；所述沉降标包括信号发生元件；所述监测控制模块包括注液调平装置、探头收放装置以及测管接头套；所述探头包括信号接收元件与液压量测元件，所述沉降标在监测作业前预先设置于测管周边地层中，所述沉降标竖向间隔设置且各沉降标与测管之间具有一定间距，所述监测控制模块安装于测管上方，所述注液调平装置通过测管接头套与测管连通，通过所述注液调平装置向测管中注液并进行液面基准调平，所述探头收放装置能够控制所述探头在所述测管中进行升降，数据采集及处理模块接收来自探头的测量数据并对测量数据进行处理以得到软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。/n

【技术特征摘要】
1.一种软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，包括：设置于地层中作为探头行进通道的测管、若干具有信号发生功能的沉降标、用于向测管内注液并完成液面基准调平以及探头提升和沉放的监测控制模块、数据采集及处理模块以及用于探测沉降标信号的探头；所述沉降标包括信号发生元件；所述监测控制模块包括注液调平装置、探头收放装置以及测管接头套；所述探头包括信号接收元件与液压量测元件，所述沉降标在监测作业前预先设置于测管周边地层中，所述沉降标竖向间隔设置且各沉降标与测管之间具有一定间距，所述监测控制模块安装于测管上方，所述注液调平装置通过测管接头套与测管连通，通过所述注液调平装置向测管中注液并进行液面基准调平，所述探头收放装置能够控制所述探头在所述测管中进行升降，数据采集及处理模块接收来自探头的测量数据并对测量数据进行处理以得到软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。


2.如权利要求1所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，所述数据采集及处理模块将探头中的信号接收元件所接收到的沉降标发生信号绘制成信号强度波形曲线，且所述数据采集及处理模块能够将探头中的液压量测元件所测得的探头当前位置的测管内液压强度换算成探头的深度水准坐标并绘制成探头水准坐标曲线，其中所述信号强度波形曲线上的波峰位置对应所述探头水准坐标曲线上的坐标值是各沉降标当前的实际水准坐标，所述数据采集及处理模块根据沉降标当前的实际水准坐标值的变化逐步推算软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。


3.如权利要求1所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，还包括一基准点，所述基准点为设置在工程影响范围以外的地层位移不动点，单次监测作业前通过所述注液调平装置向测管中注液并调整注液调平装置的最大液面高度与基准点水平高程始终保持一致。


4.如权利要求3所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，所述沉降标在护壁套筒的保护下通过沉降标径向植入装置经护壁套筒筒身对应的植标预留孔逐一植入地层中，所述沉降标径向植入装置包括植标控制箱、牵引线以及植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述护壁套筒在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标控制箱通过驱动抽拉牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的各植标预留孔位置，所述植标器能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移。


5.如权利要求4所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，所述植标器包括标匣、微型多级伸缩液压油缸、以及微型液压动力单元，所述标匣包括标匣壳以及螺旋弹簧，所述沉降标横向设置且依次叠置于所述标匣壳内，所述标匣壳内最下方的沉降标所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧设置于所述标匣壳内并且位于最上方的沉降标与标匣壳的顶板之间，所述螺旋弹簧能够将沉降标往发射仓逐个推送，所述标匣壳的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标发射口以及沉降标驱动口，所述微型液压动力单元通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸经沉降标驱动口驱动位于发射仓内的沉降标依次经所述沉降标发射口以及护壁套筒的植标预留孔进入地层。


6.如权利要求4所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，所述测管采用柔性材料，所述测管置入由护壁套筒保护的导孔中，在所述护壁套筒与内置的测管之间填充黏性土球。


7.如权利要求1所述的软土地层深层土体分层沉降监测的装置，其特征在于，所述数据采集及处理模块，根据公式P＝ρgh将来自探头探测到液压强度P换算得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚剑，周泉吉，房霆宸，张阿晋，左俊卿，房超珺，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31