[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

说明书

本发明提供了一种泥水平衡盾构机出土量及地表沉降预警系统，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。泥水平衡盾构开挖施工出土量的自动计量系统对盾构机的出土量进行测量得到出土量的体积和重量，并通过无线网络将数据传输至地表沉降预警系统。地表沉降预警系统接收数据后通过数据计算得到地表沉降预测值并与预先设定的预警值进行对比，当超出预警值时，向工作人员发出预警。本发明简单实用，能够有效控制施工过程中变形量、提高工程稳定性、降低盾构施工过程中对周边，特别是地表建筑物产生的影响，对指导实际施工具有重要的指导意义。

技术领域

本发明涉及盾构机工程技术领域、地表沉降预警领域，特别涉及一种泥水平衡盾构机出土量及地表沉降预警系统。

背景技术

盾构施工引起的地表沉降，对地铁工程稳定性、地表建筑物产生至关重要的影响，甚至引发工程事故，造成不可估量的损失。而盾构掘进施工中出土量的计量是分析地表沉降的重要指标之一，而现有的针对出土量的计量专利和技术对泥水平衡盾构机的出土量计算并不精确，因此研制泥水平衡盾构出土计量的监测系统、建立基于出土量的地表沉降预警系统具有重要的科学意义。能够有效控制施工过程中变形量、提高工程稳定性、降低盾构施工过程中对周边，特别是地表建筑物产生的影响，对指导实际施工具有重要的指导意义。

发明内容

泥水平衡盾构在施工开挖过程中需要根据不同的地质条件添加泥浆，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。添加的泥浆和盾构开挖的土体一起通过传送带运出盾构机，而目前的针对盾构机出土量的计量的专利和技术都仅仅只是对盾构机开挖土体的计量，未考虑到泥浆体积的影响。为了解决现有技术存在的无法准确计量泥水平衡盾构机出土量和在施工中无法根据实时出土量数据分析预测地表沉降并发出预警的问题，本发明提供了一种泥水平衡盾构机出土量及地表沉降预警系统，实现泥水平衡盾构机出土量的自动计量和基于出土量的地表沉降预警。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种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。

泥水平衡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。重量传感器安装于皮带固定承载面下，在皮带上方安装一个拱架用于安装三维激光扫描仪，三维激光扫描仪安装在皮带正上方，重量传感器将出土重量数据通过无线网络传输到数据处理系统，三维激光扫描仪将扫描数据通过无线网络传输到微电脑。所述微电脑安装在所述皮带输送机侧面支架上，所述微电脑接受所述三维激光扫描仪传输的扫描数据，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。所述数据处理系统安装在盾构机操作室，并与盾构机操作控制台相连接，所述数据处理系统包括显示器、处理器和存储器，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，所述施工参数包含盾构机施工添加的泥浆量及注浆量，所述处理器在对得到的数据进行处理后可以得到实际出土量的体积和重量结果，将结果显示在所述显示器上，并储存在所述存储器中。

地表沉降预警系统包括：警报器、盾构远程监控服务器。所述警报器安装于所述盾构操作室，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出土体积、重量和施工参数数据后进行处理，计算得到地表沉降预测值并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，提醒盾构机工作人员加大盾构机注浆量，避免出现过大的地表沉降。

所述的地表沉降预测值计算公式为：