【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地下管道施工方法，特别涉及一种顶管下穿施工过程的自动传感监测系统及方法。
技术介绍
1、目前，随着城市建设的不断发展，地下管道施工变得日益频繁，其中顶管下穿施工作为一种常见的施工方式。
2、顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。
3、顶管施工广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。在城市采用该技术施工，避免拆迁现有地面上结构体，减少环境污染，保持城市交通通畅。
4、顶管施工容易造成地面沉降及隆起，造成结构物整体下沉或上升。过大的变形会使砌体结构的结构物产生水平裂缝现象，破坏结构的防水，造成地下水渗入。
5、不均匀沉降延伸到地表会产生倾斜，引起结构物的歪斜，从而引起内部附加应力重分布。当局部应力超过土体抗剪强度时，会使建筑物底部土体产生塑性损坏，造成整个建筑物失稳。
6、隆起对建筑物、道路以及地下管线产生较大的影响。隆起使建筑物很容易产生开裂现象，严重者导致建筑物破坏影响其正常使用，降低了建筑物使用年限。
7、所以在顶管下穿施工过程中，必须对土体
技术实现思路
1、本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种顶管下穿施工过程的自动传感监测系统及方法。
2、本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
3、一种顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，包括数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集施工监测区域中监测点的沉降及水平位移数据，其包括布设在施工区域监测点的gnss接收机；数据采集系统将采集的数据通过物联网发送至数据处理系统；数据处理系统设有顶管周围地形的三维模型，其根据数据采集系统采集的数据，实时修正三维模型，获得地表沉降变化三维运动云图，其实时上传三维运动云图至云服务器；远程管理终端与云服务器通信，其下载三维运动云图，实现远程现场施工监测及管理；将以顶管施工中心点为圆心、半径为5～6倍施工深度的圆内区域作为施工监测区域；将施工监测区域用菱形网格进行多级划分，将n级菱形区块中沉降敏感程度较高的菱形区块进一步用菱形网格进行划分，得到多个n+1级菱形区块，n大于等于1；将网格节点作为备选监测点，根据监测精度要求对备选监测点进行评价优选，在优选监测点处布设gnss接收机。
4、进一步地，远程管理终端包括远程监控中心和移动设备；远程监控中心和移动设备均从云服务器下载顶管施工过程中顶管状态数据及周围地形的三维运动云图；移动设备通过云服务器对远程监控中心的三维模型数据进行调整和分析。
5、进一步地，远程监控中心包括预警模块；预警模块将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为三级；第一级黄色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的70％，或双控指标之一达到对应控制值的85％；第二级橙色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的85％，或双控指标之一达到对应控制值；第三级红色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值；预警模块将预警状态信息通过云服务器发送至移动设备。
6、进一步地，数据采集系统还包括全站仪；在沉降敏感区布设全站仪的监测点进行数据补充修正，全站仪通过物联网将检测数据发送至数据处理系统。
7、进一步地，还包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能电池板对蓄电池充电，蓄电池储存电能，并对数据采集系统供电。
8、本专利技术还提供了一种顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，设置数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集施工监测区域中监测点的沉降及水平位移数据，其包括布设在施工区域监测点的gnss接收机；数据采集系统将采集的数据通过物联网发送至数据处理系统；数据处理系统设有顶管周围地形的三维模型，其根据数据采集系统采集的数据，实时修正三维模型，获得地表沉降变化三维运动云图，其实时上传三维运动云图至云服务器；远程管理终端与云服务器通信，其下载三维运动云图，实现远程现场施工监测及管理；将以顶管施工中心点为圆心、半径为5～6倍施工深度的圆内区域作为施工监测区域；将施工监测区域用菱形网格进行多级划分，将n级菱形区块中沉降敏感程度较高的菱形区块进一步用菱形网格进行划分，得到多个n+1级菱形区块，n大于等于1；将网格节点作为备选监测点，根据监测精度要求对备选监测点进行评价优选，在优选监测点处布设gnss接收机。
9、进一步地，还在自由场设置四个对照测点，分别位于顶管施工区域的四个角点的角平分线的反向延伸处，在每个对照测点沿竖直向下且垂直于顶管施工掘进方向布设gnss接收机。
10、进一步地，在顶管下穿施工过程中，对应每节顶管设置一个监测断面，用于监测地表沉降与管衬砌管片变形；监测断面上设置多个断面监测点，断面监测点布设gnss接收机。
11、进一步地，在顶管施工过程中，建立两井之间互相通视的平面控制点进行联测；在联测的平面控制点设置全站仪，采用ⅱ级全站仪六测回，按测回差9″、2c差13″、归零差6″控制测角精度，边长用2mm+2ppm全站仪测往返成果。
12、进一步地，远程管理终端设置远程监控中心和移动设备；使远程监控中心和移动设备均从云服务器下载顶管施工过程中顶管状态数据及周围地形的三维运动云图；使移动设备通过云服务器对远程监控中心的三维模型数据进行调整和分析；远程监控中心设有预警模块；预警模块将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为三级；第一级黄色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的70％，或双控指标之一达到对应控制值的85％；第二级橙色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的85％，或双控指标之一达到对应控制值；第三级红色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值；预警模块将预警状态信息通过云服务器发送至移动设备。
13、本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术对于顶管下穿施工监测区进行全方位覆盖监测，利用gnss技术监测沉降状态，对变形的整体动态的高精度立体的监测，并且实时通过数据处理系统上传云服务器，实现移动设备的现场监测和进度跟踪。通过布设沉降监测点和对照测点，结合gnss技术，可以准确获取土体变形数据，为工程管理和决策提供科学依据。还可针对变形敏感区补充全站仪监测。将不同监测方法的优势发挥到最大化，提高顶管下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集施工监测区域中监测点的沉降及水平位移数据，其包括布设在施工区域监测点的GNSS接收机；数据采集系统将采集的数据通过物联网发送至数据处理系统；数据处理系统设有顶管周围地形的三维模型，其根据数据采集系统采集的数据，实时修正三维模型，获得地表沉降变化三维运动云图，其实时上传三维运动云图至云服务器；远程管理终端与云服务器通信，其下载三维运动云图，实现远程现场施工监测及管理；将以顶管施工中心点为圆心、半径为5～6倍施工深度的圆内区域作为施工监测区域；将施工监测区域用菱形网格进行多级划分，将N级菱形区块中沉降敏感程度较高的菱形区块进一步用菱形网格进行划分，得到多个N+1级菱形区块，N大于等于1；将网格节点作为备选监测点，根据监测精度要求对备选监测点进行评价优选，在优选监测点处布设GNSS接收机。
2.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，远程管理终端包括远程监控中心和移动设备；远程监控中心和移动设备均从云服务器下
3.根据权利要求2所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，远程监控中心包括预警模块；预警模块将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为三级；第一级黄色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的70％，或双控指标之一达到对应控制值的85％；第二级橙色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的85％，或双控指标之一达到对应控制值；第三级红色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值；预警模块将预警状态信息通过云服务器发送至移动设备。
4.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，数据采集系统还包括全站仪；在沉降敏感区布设全站仪的监测点进行数据补充修正，全站仪通过物联网将检测数据发送至数据处理系统。
5.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，还包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能电池板对蓄电池充电，蓄电池储存电能，并对数据采集系统供电。
6.一种顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，设置数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集施工监测区域中监测点的沉降及水平位移数据，其包括布设在施工区域监测点的GNSS接收机；数据采集系统将采集的数据通过物联网发送至数据处理系统；数据处理系统设有顶管周围地形的三维模型，其根据数据采集系统采集的数据，实时修正三维模型，获得地表沉降变化三维运动云图，其实时上传三维运动云图至云服务器；远程管理终端与云服务器通信，其下载三维运动云图，实现远程现场施工监测及管理；将以顶管施工中心点为圆心、半径为5～6倍施工深度的圆内区域作为施工监测区域；将施工监测区域用菱形网格进行多级划分，将N级菱形区块中沉降敏感程度较高的菱形区块进一步用菱形网格进行划分，得到多个N+1级菱形区块，N大于等于1；将网格节点作为备选监测点，根据监测精度要求对备选监测点进行评价优选，在优选监测点处布设GNSS接收机。
7.根据权利要求6所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，还在自由场设置四个对照测点，分别位于顶管施工区域的四个角点的角平分线的反向延伸处，在每个对照测点沿竖直向下且垂直于顶管施工掘进方向布设GNSS接收机。
8.根据权利要求6所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，在顶管下穿施工过程中，对应每节顶管设置一个监测断面，用于监测地表沉降与管衬砌管片变形；监测断面上设置多个断面监测点，断面监测点布设GNSS接收机。
9.根据权利要求6所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，在顶管施工过程中，建立两井之间互相通视的平面控制点进行联测；在联测的平面控制点设置全站仪，采用Ⅱ级全站仪六测回，按测回差9″、2C差13″、归零差6″控制测角精度，边长用2mm+2PPm全站仪测往返成果。
10.根据权利要求5所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，远程管理终端设置远程监控中心和移动设备；使远程监控中心和移动设备均从云服务器下载顶管施工过程中顶管状态数据及周围地形的三维运动云图；使移动设备通过云服务器对远程监控中心的三维模型数据进行调整和分析；远程监控中心设有预警模块；预警模块将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为三级；第一级黄色...
【技术特征摘要】
1.一种顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集施工监测区域中监测点的沉降及水平位移数据，其包括布设在施工区域监测点的gnss接收机；数据采集系统将采集的数据通过物联网发送至数据处理系统；数据处理系统设有顶管周围地形的三维模型，其根据数据采集系统采集的数据，实时修正三维模型，获得地表沉降变化三维运动云图，其实时上传三维运动云图至云服务器；远程管理终端与云服务器通信，其下载三维运动云图，实现远程现场施工监测及管理；将以顶管施工中心点为圆心、半径为5～6倍施工深度的圆内区域作为施工监测区域；将施工监测区域用菱形网格进行多级划分，将n级菱形区块中沉降敏感程度较高的菱形区块进一步用菱形网格进行划分，得到多个n+1级菱形区块，n大于等于1；将网格节点作为备选监测点，根据监测精度要求对备选监测点进行评价优选，在优选监测点处布设gnss接收机。
2.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，远程管理终端包括远程监控中心和移动设备；远程监控中心和移动设备均从云服务器下载顶管施工过程中顶管状态数据及周围地形的三维运动云图；移动设备通过云服务器对远程监控中心的三维模型数据进行调整和分析。
3.根据权利要求2所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，远程监控中心包括预警模块；预警模块将监测过程中监测点的预警状态按严重程度从小到大分为三级；第一级黄色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的70％，或双控指标之一达到对应控制值的85％；第二级橙色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值的85％，或双控指标之一达到对应控制值；第三级红色预警：变形量的绝对值和变形速率双控指标均达到对应控制值；预警模块将预警状态信息通过云服务器发送至移动设备。
4.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，数据采集系统还包括全站仪；在沉降敏感区布设全站仪的监测点进行数据补充修正，全站仪通过物联网将检测数据发送至数据处理系统。
5.根据权利要求1所述的顶管下穿施工过程的自动传感监测系统，其特征在于，还包括太阳能电池板和蓄电池，太阳能电池板对蓄电池充电，蓄电池储存电能，并对数据采集系统供电。
6.一种顶管下穿施工过程的自动传感监测方法，其特征在于，设置数据采集系统、物联网、数据处理系统、云服务器及远程管理终端；数据采集系统用于采集...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国民，郭伟，王晶，周小虎，邵立硕，侯昌圣，曹向宇，朱行行，李雪峰，郑刚，卜祥禾，夏博洋，周海祚，
申请(专利权)人：中铁北京工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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