[发明专利]高填方变形无线远程综合监测系统及安装监测方法

权利要求书

1.高填方变形无线远程综合监测系统，由传感器系统（1）、数据采集系统（9）、无线传输系统（13）和数据管理分析系统（17）构成，其特征在于高填方施工过程中和工后的多种信息能通过传感器系统（1）和数据采集系统（9）采集、存储数据，经过无线传输系统（13）将数据信号传递到监测单位上网电脑（21）的数据管理分析系统（17）；

传感器系统（1）包括监测高填方地基（27）总沉降和分层沉降的单点沉降计（2）、监测高填方地基（27）不同填高土层土压力的土压力盒（5）、监测高填方地基（27）不同填高土层内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方地基（27）不同填高土体内含水量的土壤湿度传感器（7）和监测高填方边坡（28）不同填高坡体内孔隙水压力的孔隙水压力计（6）、监测高填方边坡（28）不同填高坡体深层水平位移的测斜仪（8）；各传感器伴随填土施工埋设到设计点位，通过测试导线（3）与数据采集系统（9）连接，埋设测试导线（3）前套上PVC钢丝软管（4）；

数据采集系统（9）依据接入各传感器信号传输的不同有A型数据采集模块（10）和I型数据采集模块（11），二者通过太阳能供电设备（12）供电；其中单点沉降计（2）、土压力盒（5）和孔隙水压力计（6）属于智能型弦式传感器，用A型数据采集模块（10）采集数据；测斜仪（8）输出电压信号，用I型数据采集模块（11）采集数据，土壤湿度传感器（7）输出电流信号，根据其软件通讯协议，添加高精密电阻后，将电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）采集数据；数据采集系统（9）的各采集模块用测试导线（3）串联；

无线传输系统（13）包括DTU手机上网模块（14）、GRPS无线数据互联网（15）和DNS域名解析（16）；其中域名服务商提供的域名设置到现场的DTU手机上网模块（14）中，通过太阳能供电设备（12）供电，用户电脑在现场或远程通过域名服务商提供的登录软件，建立使用者电脑的IP与域名联系；现场DTU手机上网模块（14）通过GRPS无线数据互联网（15）上网，经DNS域名解析（16）找到与该域名对应的IP地址，实现传感器采集的数据无线远程传输；

数据管理分析系统（17）包括DSC无线数据系统（18）、UDP联系（19）和数据库（20）；其中DSC无线数据系统（18）在使用者的上网电脑上安装，利用GRPS无线数据互联网（15）的互联网功能，通过约定域名的方式，建立DTU手机上网模块（14）与上网电脑之间的UDP联系（19），采集积累数据、形成数据库（20）。

2.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有山区修筑公路、铁路、机场、房屋建筑的填方高度大于20m的深挖高填项目，其高填方地基（27）或高填方边坡（28）变形和稳定采用单点沉降计（2）、土压力盒（5）、孔隙水压力计（6）、土壤湿度传感器（7）、测斜仪（8）组成的传感器系统（1），通过数据采集系统（9）采集数据、经过无线传输系统（13）进行无线远程传输，最后通过使用者的上网电脑安装的数据管理分析系统（17）进行无线远程综合监测，监测频率根据施工进度和关键工况设定。

3.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有填方高度大于20m的深挖高填项目，其高填方地基（27）在施工过程和工后的沉降变形通过不同埋深的单点沉降计（2）进行监测，即随着填方高度的增加，在不同设计高度处钻孔至原地面以下稳定持力层，埋设多个单点沉降计（2），通过数据采集系统（9）既可测得分层沉降又可测得总沉降。

4.根据权利要求1所述的高填方变形无线远程综合监测系统，其特征在于：对于所有采用土壤湿度传感器（7）监测地基土含水量的项目，根据土壤湿度传感器（7）软件通讯协议，添加高精密电阻，将其电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）实现实时无线远程监测，采用高精密电阻型号为510Ω、15W。

5.高填方变形无线远程综合监测系统的安装监测方法，其所包含的步骤如下：

A、传感器系统（1）埋设安装：

（1）单点沉降计（2）埋设安装：

①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并钻孔，孔径在90mm~127mm之间，钻孔铅垂，孔深达到基岩；

②根据孔深计算出所需加长杆的长度，并配齐加长杆接头；

③将底层锚头、PVC管、拉杆组成的底层锚固组件与一节加长杆相连接，然后往PVC管内注满混凝土浆；

④将尼龙绳一端与PVC管上麻绳相连，绳长至少比孔深长3m；

⑤将灌好浆的锚固组件插入孔内，下放至孔口处连接下一节加长杆，继续插入孔内并连接下一节加长杆，直至将所有加长杆连接完后最后连接单点沉降计；

⑥用力向下压孔口处的最后一节加长杆，直到把底层锚头压至基岩、压不动为止；

⑦底层锚头安装到位后，用力拉尼龙绳，PVC管被拉出孔底，混凝土浆沉入孔底，锚固底层锚头，然后剪断尼龙绳；

⑧用综合测试仪对单点沉降计（2）进行全程监控，保证单点沉降计（2）处于最大量程的状态；

⑨用沙子回填，压实；

⑩装好单点沉降计（2）后，将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；

伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个单点沉降计（2），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基（27）施工过程和工后不同填高土体处的分层沉降和总沉降；

（2）土压力盒（5）埋设安装：

①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于30cm；

②土压力盒（5）承压膜面朝上放入孔内，底部填入10cm深中砂压实垫平，用水平尺控制将土压力盒（5）安装水平；

③在其周围覆盖30cm厚的中砂，压实；

④土压力盒（5）的测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4）进行保护，挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；

伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个土压力盒（5），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基（27）施工过程和工后不同填高土体处所受压力；

（3）孔隙水压力计（6）埋设安装：

①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于20cm；

②孔隙水压力计（6）竖直放入孔内，底部填入5cm深中砂压实垫平，在其周围用中砂填满、压实；

③孔隙水压力计（6）的测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4）进行保护，挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；

伴随高填方施工的进行，在高填方地基和高填方边坡不同设计标高处分别安装多个孔隙水压力计（6），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），前者挖槽引出至高填方坡面处，后者在高填方边坡平台上适当保护，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方施工过程和工后不同填高处地基和边坡内部土体孔隙水压力的大小；

（4）土壤湿度传感器（7）埋设安装：

①原地基平整、清理后，根据监测方案确定测试点并挖孔，挖孔深约40cm，孔径不小于20cm；

②用填料制作泥浆，土壤湿度传感器（7）竖直插入孔内，底部填入5cm深中砂压实垫平，在其周围用泥浆填满；

③土壤湿度传感器（7）的测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4）进行保护，挖槽引出至高填方坡脚处，待下一步施工；

伴随高填方施工的进行，在不同设计标高处安装多个土壤湿度传感器（7），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），挖槽引出至高填方坡面处，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方地基（27）施工过程和工后不同填高土体处含水量的大小；

（5）测斜仪（8）埋设安装：

①高填方边坡施工至设计标高处后，将平台平整、清理后，根据监测方案确定测试点并钻孔，孔径为127mm，钻孔铅垂，孔深达到基岩；

②根据实际孔深，把测斜管一节一节连接起来、放入孔内，节与节需连紧，用土工布缠绕2~3圈把接头部分全部包裹，最后在土工布两端用塑料扎带或细铁丝扎牢，防止泥沙从接头部位进入管内；

③根据孔深和滑动式倾角综合探头自身长度计算出所需加长杆的长度，并配齐加长杆万向接头；

④采用万向接头和加长杆将滑动式倾角综合探头连接，下放至孔口处连接下一节加长杆，继续插入孔内并连接下一节加长杆和滑动式倾角综合探头，直至将所有滑动式倾角综合探头连接下放完后，将其固定在管口处，并将管口包裹严实；

⑤测斜仪（8）的测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4）进行保护，在高填方边坡（28）平台上挖槽适当保护，待下一步施工；

伴随高填方施工的进行，在高填方边坡不同设计标高处分别安装测斜仪（8），并将测试导线（3）套上PVC钢丝软管（4），后者在高填方边坡平台上适当保护，待下一步施工；如此，即可实时监测高填方施工过程和工后不同填高处边坡内部土体侧向位移的大小；

B、数据采集系统（9）设计与安装：

单点沉降计（2）、土压力盒（5）和孔隙水压力计（6）属于智能型弦式传感器，用A型数据采集模块（10）采集数据，根据接入测试导线（3）线路个数的多少，选择1A、8A、16A和32A四种A型数据采集模块（10）进行组合，组合模块的总通道数等于或略大于传感器个数；测斜仪（8）输出电压信号，用I型数据采集模块（11）采集数据，土壤湿度传感器（7）输出电流信号，根据其软件通讯协议，添加高精密电阻后，电流信号转变为电压信号，接入I型数据采集模块（11）实现实时无线远程监测，根据接入测试导线（3）线路个数的多少，选择1I、8I、16I和32I四种I型数据采集模块（11）进行组合，组合模块的总通道数等于或略大于传感器个数；

根据不同填方高度处埋设传感器的个数，考虑A型数据采集模块（10）和I型数据采集模块（11）的布设位置及个数，同时使得各传感器接入采集模块的测试导线（3）最短、施工过程中采集数据最大化；采集模块具体安装步骤如下：

①根据现场实际情况，确定数据采集系统埋入地下或固定在适合位置，修筑若干附属构筑物，分别安装A型数据采集模块（10）或I型数据采集模块（11）及太阳能供电设备（12）；

②将采集模块的塑料盖螺丝拧出，打开盖子，将传感器输出线从防水接头处接入盒体内的接线端子，线的颜色与接线柱的标识对应，拧紧接线柱和防水接头；

③连接好电源线和485通讯线；在计算机端连接USB转485转换线，转换线485端与采集模块485线相连；在计算机上安装总线型传感器软件和转换线的驱动；

④给采集模块供电，电路启动检测一次，如果绿灯亮后熄灭，则确定仪器和传感器连接正常；当传感器未连接好时绿灯闪烁后熄灭，重新连接传感器线；

⑤打开计算机总线型传感器软件，对采集模块各项功能进行测试；

C、无线传输系统（13）安装与调试：

①将各附属结构内的数据采集模块用测试导线（3）串联；

②将域名服务商提供的域名设置到现场的DTU手机上网模块（14）中；

③当电脑通过域名服务商提供的软件登录成功，即将使用者电脑的IP与域名建立联系；现场DTU手机上网模块（14）通过GRPS无线数据互联网（15）上网，经DNS域名解析（16）找到该域名对应的IP地址，即使用者的上网电脑；

④安装手机上网流量卡，进行调试；

D、数据管理分析系统（17）安装：

①在使用者的上网电脑安装DSC无线数据系统（18），利用GRPS无线数据互联网（15）的互联网功能，通过约定域名的方式，建立DTU手机上网模块（14）与上网电脑间的UDP联系（19）；

②运行花生壳程序，登陆相应域名，等待花生壳将域名解析为对应的IP地址；

③启动服务，选择UDP联系（19）模式，拨打手机终端中放置的电话卡，将终端唤醒，使终端登录到因特网；

④等待一段时间后，时间视手机终端所在地的移动信号和电脑所联因特网状态而异，手机终端登录到软件上，在软件中出现终端登录号；

⑤点击相应的终端号码，则此终端号码会在选择操作对象的终端号码框中出现；

⑥设置相应的模块编号、模块类型即可跟有线采集一样进行其它操作；

E、监测系统实施：

设备布置调试好后，读取各测点的监测值，待数据稳定可信后，取三次监测数据的平均值作为初始监测值；在DSC无线数据系统（18）中设置监测频率，建立数据库（20），通过上网电脑自动采集监测数据；监测频率根据现场施工进度灵活变化，在正常施工阶段，频率设置为白天和夜晚每１h／次，在未施工和施工关键阶段，监测频率相应的减小和增大；

监测单位上网电脑（21）采集到的数据通过互联网传递到建设单位上网电脑（22）、设计单位上网电脑（23）和施工单位上网电脑（24），实现高填方变形无线远程综合监测。