一种地下空间顶底智能实时全过程监测方法与流程

本发明涉及地下空间领域，具体是一种地下空间顶底智能实时全过程监测方法。

背景技术：

随着地铁的快速发展，施工监控越来越被人们重视，因为地铁施工监控不力而造成的各种问题和隐患都是致命的。地铁施工监控就是对施工过程中围岩和支护系统的受力情况以及它们之间的力学关系进行量测，并对地面稳定性与施工方法做出评价，以确保施工的绝对安全和工程经济合理。施工监测可以用现场实测的结果来弥补理论分析的不足，并可以积累区域性监控量测资料，提高地铁的设计和施工水平。

拱顶下沉的监控量测方法，即在地铁施工过程中，通过监控量测布设于拱顶部位的固定测点在不同时间相对标高，求出两次监控量测的差值，即为该测点的沉降变化值。不少城市地铁施工过程中，为了最大限度的减小对地面交通的影响，往往采用暗挖等施工方法，在工程地质条件复杂的线路，往往存在塌方等重大隐患，做好施工过程中的监测工作对预防塌方有着极为重要的作用，必须加以重视。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地下空间顶底智能实时全过程监测方法，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：

一种地下空间顶底智能实时全过程监测方法，包括以下方法：

(1)单独地下空间检测方法：首先确定拱顶的基准点0位置，再随着拱顶的开挖不断地等间距或不等间距沿纵向布置加速度传感器，根据相邻点的相应倾角，计算累积叠加，得到相应点的位移；在隧道底部确定基准点0’，随着掌子面的推进，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；

(2)多跨连拱监测方法：采用一体化施工的双隧道施工时，在同时开挖的两个上部导洞，同样先确定基准点，依次在拱顶位置安放加速度传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；

(3)双层地铁车站监测方法：在上层双隧道施工时：在同时开挖的两个隧道，同样先确定基准点，依次在两侧的两个拱顶位置安放加速度传感器，再在内测的两个隧道拱顶安放传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计在外侧两个隧道安放传感器，再在内测两个隧道安放传感器，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；在下层双隧道施工时：在同时开挖的两个隧道，同样先确定基准点，依次在两侧的两个拱顶位置安放加速度传感器，再在内测的两个隧道拱顶安放传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计在外侧两个隧道安放传感器，再在内测两个隧道安放传感器，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律。

作为本发明进一步的方案：所述基准点的位置与开挖隧道的直线距离应该控制500～1000m之间，基准点由三个水准点构成，其中一个水准点设置为主点，另外的两个水准点设置为辅点。

作为本发明再进一步的方案：三个所述水准点设置在地质结构稳定的地方，且设置特制而成的钢筋混凝土墩式的标志，三者连成闭合的水准路线，三者之间的高差借助高精度水准仪往返进行测量，并严格控制。

作为本发明再进一步的方案：工作基点布置于观测断面的附近，定期保证工作基点与隧道外的水准基准点进行联测作业。

作为本发明再进一步的方案：变形监测点的布置：如果是小断面隧道，其设布置方法是：一旦施工的工作面进行开挖之后，初期支护立刻实施，在设计的预留位置留有凹槽，将加速度传感器放入进行实时监测，不影响正常施工；在进行二次支护时，就将初期支护的传感器取出，同样在预留位置留凹槽，再将传感器放入进行实时监测，保证施工的正常进行。

作为本发明再进一步的方案：小断面隧道拱顶下沉的具体监测过程为：

(1)各mems倾角传感设备自动测量倾斜角度，通网络发送到终端；

(2)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；

(3)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；

(4)一旦变形点的高程测量完毕之后，应及时对基准点的三个水准点间的高差进行测量，严格控制主点、辅点的稳定性，及时将不稳定的基准点监测出来，并有针对性地对观测结果进行科学的修正。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：增加了密度和观测频率，随时掌握隧道内部和洞外地表沉降的变化，通过监控量测提供安全保障，并指导施工，排除塌方隐患，保证施工安全顺利进行。本发明的监测方法可实现智能化测量，并且测量精度高，安装简单，不影响施工。

附图说明

图1为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中单独地下空间开挖拱顶监测点纵向布置图。

图2为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中一体化施工两跨三拱监测点横断面第一步开挖监测布置图。

图3为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中一体化施工两跨三拱监测点横断面第二步开挖监测布置图。

图4为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中一体化施工两跨三拱监测点横断面第三步开挖监测布置图。

图5为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中一体化施工两跨三拱监测点横断面第四步开挖监测布置图。

图6为地下空间顶底智能实时全过程监测方法中两层地铁车站监测点横断面布置图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～6，本发明实施例中，一种地下空间顶底智能实时全过程监测方法，包括以下方法：

(1)单独地下空间检测方法：首先确定拱顶的基准点0位置，再随着拱顶的开挖不断地等间距或不等间距沿纵向布置加速度传感器，根据相邻点的相应倾角，计算累积叠加，得到相应点的位移；在隧道底部确定基准点0’，随着掌子面的推进，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；

(2)多跨连拱监测方法：采用一体化施工的双隧道施工时，在同时开挖的两个上部导洞，同样先确定基准点，依次在拱顶位置安放加速度传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律，监测点的位置、监测顺序依照施工顺利来定；

(3)双层地铁车站监测方法：在上层双隧道施工时：在同时开挖的两个隧道，同样先确定基准点，依次在两侧的两个拱顶位置安放加速度传感器，再在内测的两个隧道拱顶安放传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计在外侧两个隧道安放传感器，再在内测两个隧道安放传感器，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；监测点的位置、监测顺序依照施工顺利来定；

在下层双隧道施工时：在同时开挖的两个隧道，同样先确定基准点，依次在两侧的两个拱顶位置安放加速度传感器，再在内测的两个隧道拱顶安放传感器，按照单独地下空间纵向布置传感器，采用累加的方法，得到拱顶相应位置的竖向位移；在双隧道底部确定基准点，随着掌子面的推进，依次按设计在外侧两个隧道安放传感器，再在内测两个隧道安放传感器，依次按设计的传感器的位置安放传感器，累计计算位移，得到底部竖向位移的变化规律；监测点的位置、监测顺序依照施工顺利来定。

根据实践经验，可以将监测基准点的建立相关问题归结为以下几个方面：

(1)从距离的角度上看，监测基准点的位置与开挖隧道的直线距离应该控制在500～1000m之间，监测基准点应由三个水准点构成，而且三者之间的距离不能太远。三个水准点在设置上有主辅之分，其中一个水准点设置为主点，另外的两个水准点设置为辅点，这一做法的目的在于借助于水准点的设置保证并检核基准系统的稳定性与可靠性。

(2)从稳定性角度上看，三个水准点必须设置在地质结构稳定的地方，而且都应该设置特制而成的钢筋混凝土墩式的标志，三者连成闭合的水准路线，三者之间的高差应借助高精度水准仪(不低于)往返进行测量，并严格控制。

(3)实践表明，工作基点的选择与监测点的分布有关，通常情况下布置于观测断面的附近，在实践中，应定期保证工作基点与隧道外的水准基准点进行联测作业。

(4)变形监测点应结合工程的实际，在隧道的拱顶均匀地布置，通常不同的施工实际，其布置方法也有所差异，一旦施工的工作面进行开挖之后，初期支护立刻实施，在设计的预留位置留有凹槽，将加速度传感器放入进行实时监测，不影响正常施工；在进行二次支护时，就将初期支护的传感器取出，同样在预留位置留凹槽，再将传感器放入进行实时监测，保证施工的正常进行。

小断面隧道拱顶下沉的监测过程，具体的监测过程有如下几个环节：

(1)各mems倾角传感设备自动测量倾斜角度，通网络发送到终端；

(2)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；

(3)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；

(4)一旦变形点(若干点)的高程测量完毕之后，应及时对基准点的三个水准点间的高差进行测量，严格控制主、辅点的稳定性，及时将不稳定的基准点监测出来，并有针对性地对观测结果进行科学的修正。

本发明的方法增加了密度和观测频率，随时掌握隧道内部和洞外地表沉降的变化，通过监控量测提供安全保障，并指导施工，排除塌方隐患，保证施工安全顺利进行。本发明的监测方法可实现智能化测量，并且测量精度高，安装简单，造价低，不影响施工。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。