一种地表沉降监测系统及其监测方法与流程

本公开一般涉及岩土工程地表沉降监测技术领域，具体涉及一种地表沉降监测系统及其监测方法。

背景技术：

地表沉降监测是隧道施工的重要组成部分，地面沉降在隧道施工中和后期运营过程中要按一定周期对其进行监测，对监测得到的数据进行计算处理，最终得出地表沉降量，根据地表沉降量对工程施工进行指导和处理。现有的常规地表沉降监测方法有沉降板法，沉降水杯法，铁环分层沉降仪法，剖面沉降仪法等，这些监测方法安装复杂，数据采集困难，工作量较大，干扰施工，进而影响施工质量和工程测量的进度，无法满足隧道进口段地表沉降监测实时化、高效化的要求，

因此亟需一种具有实时化、自动化、高效化及高精度等特点的地表沉降自动监测系统。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种地表沉降监测方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种地表沉降监测系统，包括：

设于地表基础相对稳定处的工作基点，所述工作基点的地面处设有水准点帽头；

设于相应监测点处的若干位移监测装置，所述位移监测装置包括固定杆、固定装置、位移传感器和连接线，所述固定杆打设于地层中，所述固定装置与所述固定杆固定连接，所述位移传感器固定设于所述固定装置内，所述位移传感器的测量端与所述连接线的一端连接，所述连接线的另一端与所述水准点帽头连接，所述固定装置的壳体设有用以所述连接线穿过的过孔，所述连接线外套有保护管，所述保护管埋设于地表下；

用以与若干所述位移传感器连接的信号处理器，所述信号处理器与控制主机连接。

所述连接线为刚性金属芯绳，在测量监测点的位移时，不会由于连接线自身的变形而导致测量结果不准确。

所述固定装置包括固定基座和用以容纳所述位移传感器的保护箱，所述固定基座与所述固定杆的顶端固定连接，所述保护箱设于所述固定基座上，所述保护箱的箱体上设有用以所述连接线穿过的过孔。

所述固定基座上设有螺孔，所述保护箱的箱体上设有与所述螺孔对应的垫板，所述垫板上设有配合螺孔，所述固定基座和所述保护箱通过穿入所述螺孔和所述配合螺孔的螺杆固定连接。

所述固定杆的杆体上设有凸起螺纹。

所述信号处理器与无人控制主机连接，所述无人控制主机与远程控制计算机通过无线传输方式连接。

所述远程控制计算机设有用以预报沉降量大于设定值的预警模块。

地表沉降监测系统还包括移动终端，所述移动终端与所述远程控制计算机通过网络连接。

第二方面，本申请实施例还提供了一种地表沉降监测系统的监测方法，包括以下步骤：

选取至少一个工作基点和若干监测点，在所述工作基点处布设水准点帽头，在所述监测点处布设固定杆、位移传感器和信号处理器，在所述水准点帽头和所述位移传感器之间设置用以测量监测点位移的连接线，所述连接线外设有保护管，所述信号处理器将所述位移传感器获取的信号传输给主机；

所述主机获取并存储所述水准点帽头、若干所述监测点的初始高程，以及各所述位移传感器与所述水准点帽头之间的初始斜距离；

所述主机获取各所述位移传感器所监测的位移值，进而得到各监测点处的沉降量。

所述主机通过所述水准点帽头a、若干所述监测点b的初始高程，以及各所述位移传感器与所述水准点帽头之间的初始斜距离l，从而得到所述监测点与所述水准点帽头连线之间的水平距离d，根据相应的所述监测点与水准点帽头之间的斜距离变化值l1，获取该测点处的所述沉降量δh。其中，位移传感器与水准点帽头之间的初始斜距离可以通过设置的连接线的长度确定。可以理解的是，连接线可以是一端与位移传感器的测量端连接、另一端与水准点帽头连接的独立的线绳，也可以是采用拉绳位移传感器，并将拉绳传感器的拉绳长度进行定制，无论哪种方式，均在本申请的保护范围之内。

本申请实施例提供的地表沉降监测方案，通过工作基点的设置，可以获得比较准确的监测基点；通过设置若干位移监测装置，可监测出各待监测区域内监测点相对于工作基点的相对沉降量，可根据每个监测点的沉降数据画出地表沉降曲线图，本地表沉降监测系统操作简单，可以不受电磁干扰，易于施工和维护，且施工成本相对较低。该监测系统结构设计合理，成本低，适用性强，操作简单，不仅可以监测隧道进口段地表沉降，还可以监测深基坑、建筑物、办公大楼等基础设施的大面积地表沉降，具有较好的应用前景。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例监测装置分布示意图。

图2是本发明实施例监测装置结构示意图。

图3是本发明实施例监测装置连接基座结构示意图。

图4是本发明实施例监测装置监测系统结构示意图。

图5是本发明实施例监测装置监测系统流程图。

图6是本发明实施例监测原理示意图。

其中，1—水准点帽头；2—保护箱；3—连接基座；4—上面孔；5—侧面孔；6—垫板；7—配合螺孔；8—基座螺孔；9—中心螺孔；10—螺杆；11—凸起螺纹；12—连接线；13—信号处理器；14—固定杆；15—无人控制主机；16—数据存储服务器；17—远程控制计算机；18—移动端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1～6，本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种地表沉降监测系统，该监测系统包括地面监测网络、数据远程实时传输系统、远端监测系统，所述地面监测网络包括位移传感器、信号处理器13、连接线12、固定杆14、水准点帽头1、保护箱2，所述数据远程实时传输系统包括无人值守控制主机15、数据采集无线传输器，所述远端监测系统包括数据存储服务器16、远程控制计算机17、移动端18，位移传感器监测的地表沉降第一信号传输给信号处理器13，信号处理器13通过信号线将数据以数字信号传输给无人值守控制主机15，对数据进行相应的处理，进一步通过gprs无线传输模块传输给远程控制计算机17，远程计算机对数据进一步处理最终得出工作基点与监测点之间的实时沉降变形结果并在计算机屏幕上实时显示，可通过internet传输给移动终端，实现隧道进口段地表沉降变形情况的实时动态监控。

根据工程地质实际情况和工程设计要求，选取一定数量的工作基点1，工作基点应选取在基础相对稳定区域，并在工作基点处埋设水准点帽头1，所述水准点帽头1用铜或不锈钢材料制成。所述工作基点既水准点，在安装位移传感器前15天左右埋设水准点帽头1，并确定工作基点高程。

其中水准点应选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设基点。所布设的水准点处基础要稳定。工作基点埋设有用铜或不锈钢制成的水准点帽头1。

在待监测区域按设计要求布置监测点，并根据隧道进口段设计图纸绘制沉降监测点布点图，以确定沉降监测点的位置和初始高程。在工作基点与沉降监测点之间要建立固定的监测顺序，保证各次监测均沿统一路线，进而由远程控制计算机17处理沉降数据，并绘制出地表沉降网格图，直观显示地表沉降整体情况。

若干位移监测装置设置于相应监测点处，位移监测装置包括打设于地层中的固定杆14，固定杆14的顶端设有固定装置。所述固定装置内固定设有位移传感器，位移传感器的测量端与连接线12的一端连接。连接线12的另一端与水准点帽头1连接。固定装置的壳体设有用以连接线12穿过的过孔，连接线12外套有保护管，保护管埋设于地表下。

固定装置包括固定基座和用以容纳所述位移传感器的保护箱2，所述固定基座与所述固定杆14的顶端固定连接，保护箱2设于所述固定基座上，保护箱2的箱体上设有用以所述连接线12穿过的过孔。监测点处位移传感器通过固定杆14上端连接基座3固定连接在固定杆14上，所述连接基座3上有栓固螺杆的中心螺孔9，为防止位移传感器内部进入灰尘或沙石，影响位移传感器的测量精度，需在位移传感器周围安装固定装置，所述装置材料可用铁皮等材料制成。

位移传感器和保护箱2均固定在连接基座3上，其中保护箱2各边角上焊接有4cm*4cm的方形带孔垫板6，连接基座3上设置有固定相应装置的基座螺孔8，垫板6上设有配合螺孔7，采用螺杆10—螺孔栓固方式。在保护箱2上面和侧面分别设有直径为2cm的连接孔(上面孔4和侧面孔5)，其中，位移传感器通过保护箱2上面孔4引出信号线与信号处理器13相连，位移传感器通过保护箱2侧面孔5引出连接线12与相应的工作基点建立联系。

监测点处位移传感器与工作基点处的水准点帽头1通过连接线12连接，所属连接线12为刚性金属芯绳，连接线12外套有pvc保护管。

进一步的，所述地面监测网络，位移传感器分别布设在地表的个个监测点，通过固定杆14对其进行固定，埋设在地表下2～5cm，所述固定杆14的上固定段设置有连接基座3有用于固定位移传感器的螺孔，所述的下固定杆14底部的壁面设置有凸起螺纹11，固定杆14打入地层中，位移传感器与锚杆上端的基座固定连接，在待监测区域相应位置埋设位移传感器，并将各位移传感器与工作基点通过连接线12建立联系。

进一步的：所述远端监测系统具有沉降分级预警功能，若地表沉降过大时，能够对地表沉降位移进行报警。

本申请实施例的具体安装操作过程，包括以下步骤：

a、选取工作基点，所述固定杆14中，带有螺纹的钢筋与连接基座3焊接连接，并将固定杆14打入地层中。

b、在固定杆14上端连接基座3上按顺序依次安装位移传感器、保护箱2，并埋置地表下2～5cm左右。

c、位移传感器与水准点帽头1建立联系，将连接线12串入pvc管内，pvc管直径略小于保护箱2侧面孔，pvc管埋在地表下2～5cm。

d、位移传感器与信号处理器13、信号处理器13与无人值守控制主机通过数字信号线连接。

e、无人值守控制主机通过gprs无线传输模块传输给远端检测系统，远端监测系统对数据进行处理，最终得出地表沉降变形量。位移传感器与工作基点通过连接线12建立联系，所述连接线12采用刚性金属芯绳，所述位移传感器型号为hps-m-ma2000系列拉绳位移传感器，位移传感器量测行程可根据工程需求进行定做。

无人控制主机15设有串口或以太网口，通过信号线接收信号处理器13传输的数据信息，无人控制主机15对数据进行相应的处理，并将数据进行储存。并将数据通过gprs无线传输模块传输给远程监测系统，远程计算机对数据进一步处理最终得出工作基点与监测点之间的实时沉降变形结果并在计算机屏幕上实时显示，移动终端通过internet网络与数据储存服务器连接读取数据，实现隧道进口段地表沉降变形情况的实时动态监控。

如图6所示，所述主机获取并存储所述水准点帽头1、若干所述监测点的初始高程，以及各所述位移传感器与所述水准点帽头1之间的初始斜距离；所述主机获取各所述位移传感器所监测的位移值，进而得到各监测点处的沉降量。

具体的，所述主机通过所述水准点帽头a、若干所述监测点b的初始高程，以及各所述位移传感器与所述水准点帽头之间的初始斜距离l，从而得到所述监测点与所述水准点帽头连线之间的水平距离d，根据相应的所述监测点与水准点帽头之间的斜距离变化值l1，获取该测点处的所述沉降量δh。

所述远端监测系统具有沉降分级预警功能，能够对地表沉降位移值进行报警。

本发明实施例提供的地表沉降监测的监测方法和监测系统至少可以实现以下一个或者多个有益效果。

1、本地表沉降监测系统结构设计合理，安装操作简单，监测精度高，不受电磁干扰，抗腐蚀性强。

2、本地表沉降监测系统可监测出各待监测区域内监测点相对于工作基点的相对沉降量，可根据每个监测点的沉降数据画出地表沉降曲线图。

3、本地表沉降监测系统操作简单，易于施工和维护，且施工成本相对较低。

4、本地表沉降监测系统可实时监测地表沉降信息，监测数据具有连续性，可用于长期监测，并具有沉降分级预警功能。

5、本地表沉降监测系统中位移传感器埋设在地表下，对地表施工影响较小。

6、本地表沉降监测系统适用范围广，减少劳动量，提高了监测效率。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。