[发明专利]一种泥水平衡盾构机出土量及地表沉降预警系统

权利要求书

1.一种泥水平衡盾构机出土量及地表沉降预警系统，其特征在于，包括：泥水平衡盾构开挖施工出土量的自动计量系统和地表沉降预警系统，其中：

所述盾构开挖施工出土量的自动计量系统包括皮带输送机、拱架、重量传感器、三维激光扫描仪、微电脑、数据处理系统。所述重量传感器安装于所述皮带输送机固定承载面下，所述拱架安装在所述皮带输送机上方，所述三维激光扫描仪安装所述拱架上，位于所述皮带输送机正上方，所述微电脑安装在所述皮带输送机侧面支架上。所述三维激光扫描仪对所述皮带输送机上土体进行扫描，得到扫描数据并无线传输至所述微电脑，所述微电脑对扫描数据进行后处理得到点云数据并无线传输至所述数据处理系统。所述重量传感器用于检测皮带固定承载面上的出土重量，并将重量数据通过无线网络传输至所述数据处理系统。数据处理系统包括显示器、处理器、存储器，所述显示器、所述处理器和所述存储器三个部分相互连接。所述数据处理系统安装在盾构操作室，并与盾构机操作控制台相连接，所述数据处理系统通过无线网络接收所述重量传感器和所述微电脑传输的数据，通过对所述点云数据处理得到三维点云模型，同时所述数据处理系统通过对所述盾构机操作控制台中的施工参数数据进行读取，所述处理器在对得到的数据进行处理后可以得到结果，将结果显示在所述显示器上，并储存在所述存储器中。

所述地表沉降预警系统包括警报器、盾构远程监控服务器。所述警报器安装于盾构操作室，所述盾构远程监控服务器安装于地面的远程监控中心。所述盾构远程监控服务器接收所述数据处理系统发出的数据后进行处理，通过计算得到地表沉降预测值后与预先设定的预警值进行对比。当超出预警值时，由所述警报器发出警报。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微电脑生成的所述三维点云数据记录了有限体表面上离散点的空间坐标，点的表示形式为(x,y,z,intensity,R,G,B),不仅包含了点的空间位置关系,还包括点的强度信息和颜色灰度信息。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪中内置测速仪，在对出土量进行扫描时自动对所述皮带输送机的皮带速度进行测量。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维激光扫描仪设置在所述拱架的顶部中央。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述盾构开挖施工出土量的自动计量系统内搭建有局域网。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述盾构远程监控服务器为PC机。

7.一种基于权利要求1～3所述系统的出土量自动计量方法，其特征在于，包括：

所述三维激光扫描仪将对土体的扫描数据传输至所述微电脑；所述微电脑接收扫描数据生成土体的点云数据并传输至所述数据处理系统；利用所述重量传感器测量盾构机出土的重量并传输至所述数据处理系统；所述数据处理系统接收微电脑传输的点云数据和重量传感器传输的出土的重量数据，对点云数据处理后得到三维空间模型，通过计算可知的盾构机出土的体积和重量；所述数据处理系统对所述盾构机操作控制台中的施工参数数据进行读取；所述数据处理系统将盾构机出土的体积和重量及施工参数数据传输至所述盾构远程监控服务器。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地表沉降预警系统计算地表沉降预测值的方法如下公式所示。

式中：S(x)为距隧道中线x处的地面沉降量；S_max为隧道中线处的地面沉降量；X为距隧道中线的距离；i为沉降槽宽度系数，即沉降曲线反弯点的横坐标；V_i为盾构施工引起的隧道单位长度损失体积；为隧道周围底层内摩擦角；Z为地表至隧道中心深度；V_c为测量排土量；V_r为盾构管片外径对应体积；V_g为盾构机注浆量；k为注浆损耗系数。