一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统，包括：激光测量单元：其能够利用激光光程差测量结构物的位移和/或位移变化率，自动分析单元：将位移和/或位移变化率分别与数据库中对应的设定阈值进行比较并输出比较结果；激光测量单元包括附于结构物的用于反射激光的楔形靶板，其中，楔形靶板具有对应不同施工阶段的至少两个各异的反射角，至少两个各异的反射角分别对应各自的设定阈值，从而自动分析单元能够根据不同施工阶段的结构物的沉降规律读取各自的设定阈值并与位移和/或位移变化率进行比较；其中，至少两个各异的反射角能够在盾构不同的施工阶段改变激光光程差的变化率。

A laser automatic analysis system and method for the deformation of shield driven structures

【技术实现步骤摘要】
一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统及方法
本专利技术涉及隧道建设
，尤其涉及一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统及方法。
技术介绍
盾构下穿是一项构建市政地下空间的重要工程技术。其采用盾构机在地层浅表进行掘进形成能够铺设市政管道、地铁等的隧道。但是，城市表面或者地层以下均建设有既有结构物，例如地表的建筑物、地层中已建的隧道等。对于地表的结构物而言，盾构下穿对其最重要的损害是由于地表沉降导致其出现整体沉降。因此，如何对盾构下穿过程中的地表结构物的位移进行监测是有待急需解决的技术问题。公开号为CN10632292A的中国专利公开的一种盾构隧道施工引起建筑物沉降的计算方法。包括以下步骤：在不考虑建筑物，先对盾构隧道施工引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围一定范围内各点的位移；通过温克尔弹性地基梁地基反力的计算；绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线；将计算出的不考虑建筑物时的地表沉降与计算出的考虑建筑物时的地表沉降绘制在同一张图上，可知该专利技术方法对于考虑建筑物的刚度对盾构隧道引起的建筑物沉降的影响反映在了计算出的地表沉降计算结果中；将上述计算结果与沉降基准相比较可以判断建筑物的安全性；因此，本专利技术用于预测出建筑物在盾构隧道开挖的影响下的附加沉降量，对建筑物的安全评估有着重要的意义。例如，公开号为CN108999612A公开的中国专利公开的一种基于互联网的地铁隧道施工安全监测系统。安全监测系统包括：地面沉降监测模块、地面建筑物沉降及倾斜监测模块、地下管线监测模块、桩基托换监测模块、联络通道及泵房施工监测模块、地中垂直位移和水平位移的监测模块、地下水位的监测模块、岩土与隧道结构相互作用监测模块、管片变形监测模块。本专利技术的监测方案以安全检测为目的，根据不同的工程项目确定监护对象，针对监测对象安全稳定的主要指标进行方案设计。监测点的布置能够全面地反映监测对象的工作状态。本专利技术在满足监测性能和精度的前提下，降低测量频率，减少检测元件，以节约监测费用。例如，公开号为CN106295057B的中国专利公开的一种土压平衡盾构土仓进排土引起的地表沉降预测方法。根据盾构在初始掘进阶段的掘进数据和地表沉降数据，通过推导盾构掘进参数(N/v)与盾构排土引起的地层损失的关系式，反算出螺旋输送机排土效率η和地表沉降槽宽度i，建立盾构在下一环掘进时的地表沉降预测公式：选择下一环掘进参数，代入公式计算，从而实现对地表沉降值的预测。例如，公开号为CN106949877A的中国专利公开的一种多维度盾构隧道上方地表沉降的监测方法。包括对建筑物位移、路面位移和土体自身位移三个维度的监测；在地表沉降范围内选择监测对象与对应的监测断面；使用全站仪和棱镜对建筑物位移进行监测；使用全站仪和螺钉对路面位移进行监测；使用测斜仪与沉降仪对土体自身位移进行监测；将监测数据传输至数据库中，对建筑物、道路和土体自身的沉降趋势进行分析，当监测值超过预设警戒值时系统发出报警信息。与现有技术相比，本专利技术通过对三种对象的沉降进行监测，有利于工程人员全方位了解在施工过程中盾构工作对地表沉降的影响，以便及时采取相应措施，保证施工过程中的安全。结构物的形变与施工阶段密切相关。但是，在现有技术中结构物的形变测量均是按照一定的人为经验而进行的，例如结构物的沉降位移的最大值如何监控，其沉降位移的变化率如何监控。因此，其测量可能存在如下不足：无法在各个施工阶段有针对性地对结构物的形变进行测量，例如各个施工阶段结构物的沉降位移规律是不同的，其无法实施针对性测量和监控。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
针对现有技术之不足，本专利技术提供了一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统，包括：激光测量单元：其能够利用激光光程差测量所述结构物的位移和/或位移变化率，自动分析单元：将所述位移和/或所述位移变化率分别与数据库中对应的设定阈值进行比较并输出比较结果。在本专利技术中，所述激光测量单元包括附于所述结构物的用于反射激光的楔形靶板楔形靶板400的反射面因为反射角的设置而成楔形面，所以如果激光的反射点变化，则前后两束激光形成激光光程差，根据几何关系则可以推算出结构物的位移变化以及位移变化率(位移相对时间的变化)。在本专利技术中，所述楔形靶板具有对应不同施工阶段的至少两个各异的反射角，以使得所述至少两个各异的反射角能够跟随盾构的施工进程改变所述激光光程差的变化率。按照本专利技术的测量方式：激光的反射点会随着结构物的沉降而发生变化，位于不同楔形面上的反射点能够直接地改变激光光程差与沉降位移的几何关系，从而激光光程差的变化率会跟随盾构的施工进程而发生改变，以此自动分析单元可以根据该变化率调整对结构物不同的监测力度。2、本专利技术可以在同一结构物上设置多个楔形靶板，通过发射一束平行激光光至多个楔形靶板上，测量不同经过多个楔形靶板后的激光光程，可以测量该结构物是否发生倾斜，并且能够根据其中一束激光光程差的变化率对结构物是否发生倾斜进行可变频次的测量。3、由于反射角是根据不同施工阶段的结构物的沉降规律而设置的，因此位移和/或位移变化率的设定阈值与反射角是可以彼此对应的，用于在激光光程差的变化率发生了变化的情况下，自动分析单元能够根据不同施工阶段的结构物的沉降规律读取各自的设定阈值并与位移和/或位移变化率进行比较，从而对不同施工阶段的结构物的沉降实施不同准则的监控方式。本专利技术提供一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统和方法，至少具有根据下优势：1、由于楔形靶板的反射角是不同的，且对应于不同的施工阶段，因此在结构物沉降过程中，激光的反射点会随着结构物的沉降而发生变化，位于不同楔形面上的反射点能够直接地改变激光光程差与沉降位移的几何关系，从而激光光程差的变化率会跟随盾构的施工进程而发生改变，以此自动分析单元可以根据该变化率调整对结构物不同的监测力度，例如在激光光程差随时间的变化与达到预设的变化率，则自动分析单元增加对结构物不同的监测频率。2、本专利技术可以在同一结构物上设置多个楔形靶板，通过发射一束平行激光至多个楔形靶板上，测量不同经过多个楔形靶板后的激光光程，可以测量该结构物是否发生倾斜，并且能够根据其中一束激光光程差的变化率对结构物是否发生倾斜进行可变频次的测量。3、由于反射角是根据不同施工阶段的结构物的沉降规律而设置的，因此位移和/或位移变化率的设定阈值与反射角是可以彼此对应的，用于在激光光程差的变化率发生变化的情况下，自动分析单元能够根据不同施工阶段的结构物的沉降规律读取各自的设定阈值并与位移和/或位移变化率进行比较，从而对不同施工阶段的结构物的沉降实施不同准则的监控方式，例如，在激光光程差随时间的变化率达到预设的变化率时，则自动分析单元读取结构物的与该预设的变化率相对应的位移的设定阈值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统，包括：/n激光测量单元(100)：其能够利用激光光程差测量所述结构物的位移和/或位移变化率，/n自动分析单元(200)：将所述位移和/或所述位移变化率分别与数据库(300)中对应的设定阈值进行比较并输出比较结果；/n其特征在于，/n所述激光测量单元(100)包括附于所述结构物的用于反射激光的楔形靶板(400)，/n其中，所述楔形靶板(400)具有对应不同施工阶段的至少两个各异的反射角，以使得所述至少两个各异的反射角能够跟随盾构的施工进程改变所述激光光程差的变化率；/n其中，所述至少两个各异的反射角分别对应各自的设定阈值，从而所述自动分析单元(200)能够根据不同施工阶段的所述结构物的沉降规律读取各自的设定阈值并与所述位移和/或位移变化率进行比较。/n

【技术特征摘要】
1.一种盾构下穿结构物形变的激光自动化分析系统，包括：
激光测量单元(100)：其能够利用激光光程差测量所述结构物的位移和/或位移变化率，
自动分析单元(200)：将所述位移和/或所述位移变化率分别与数据库(300)中对应的设定阈值进行比较并输出比较结果；
其特征在于，
所述激光测量单元(100)包括附于所述结构物的用于反射激光的楔形靶板(400)，
其中，所述楔形靶板(400)具有对应不同施工阶段的至少两个各异的反射角，以使得所述至少两个各异的反射角能够跟随盾构的施工进程改变所述激光光程差的变化率；
其中，所述至少两个各异的反射角分别对应各自的设定阈值，从而所述自动分析单元(200)能够根据不同施工阶段的所述结构物的沉降规律读取各自的设定阈值并与所述位移和/或位移变化率进行比较。


2.根据权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述至少两个反射角按照如下方式设置：
建立盾构下穿的数值仿真模型；
基于所述数值仿真模型的数值仿真结果获取所述结构物的沉降曲线；
将所述沉降曲线按照施工阶段至少分为两段，分别计算至少两段的结构物的位移变化率，并按照所述激光光程差的变化率与所述位移变化率相互契合的方式设置所述反射角。


3.根据权利要求1或2所述的分析系统，其特征在于，所述设定阈值至少按照如下方式设定：
根据盾构刀盘的行进路径将所述沉降曲线分为前期沉降曲线、中期沉降曲线和后期沉降曲线，
其中，基于所述前期沉降曲线设定前期位移阈值和/或前期位移变化率阈值；
基于所述中期沉降曲线设定中期位移阈值和/或中期位移变化率位移；
基于所述后期沉降曲线设定后期位移阈值和/或后期位移变形率阈值；
其中，所述前期沉降曲线对应所述盾构刀盘未穿至所述结构物的阶段，
所述中期沉降曲线对应有所述盾构刀盘正穿至所述结构物的阶段，
所述后期沉降曲线对应所述盾构刀盘已穿过所述结构物的阶段。


4.根据前述权利要求之一所述的分析系统，其特征在于，所述激光测量单元(100)的激光发射器能够发射至少两束平行激光，所述至少两束平行激光经附于所述结构物不同位置的至少两个楔形靶板反射至所述激光测量单元(100)的激光接收器，从而所述自动分析单元(200)能够根据所述发射至少两束平行激光的激光行程计算所述结构物的倾斜率，用于分析所述结构物是否相对地面发生了倾斜，
其中，所述倾斜率的设定阈值与所述至少两个各异的反射角相互对应。


5.根据前述权利要求之一所述的分析系统，其特征在于，所述激光发射器的激光发射频率配置为：
所述激光测量单元(100)能够在盾构正穿至所述结构物时的第二测量频率大于在盾构未穿至所述结构物时的第一测量频率；和/或
所述激光测量单元(100)能够在盾构下穿至所述结构物时的第二测量频率大于在盾构已穿过所述结构物时的第三测量频率。


6.根据前述权利要求之一所述的分析系统，其特征在于，所述自动分析单元(200)配置为如下方式读取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：付春青，田世文，张功，高玉春，郝岩，张爽，毕欣，
申请(专利权)人：北京住总集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11