【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于施工控制，涉及既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)、頂管施工及測控方法。
技術(shù)介紹
1、隨著民用建筑水消防和排水相關(guān)設(shè)計標準的更新以及建筑功能的調(diào)整或升級，地下交通樞紐、地下商業(yè)體、地下車庫、車行隧道、綜合管廊等既有地下空間面臨著增設(shè)深層泵房的建設(shè)需求和與之相應(yīng)的施工方法及監(jiān)測控制技術(shù)。
2、施工監(jiān)測控制是確保工程安全、提高施工質(zhì)量和控制環(huán)境影響的重要措施，通過實時監(jiān)測工程結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位及周邊環(huán)境的各項安全狀態(tài)指標，進而采取相應(yīng)的控制措施以確保高效率、高質(zhì)量地完成施工預(yù)期目標。然而，當前在既有地下空間增建工程施工領(lǐng)域面臨著地層條件的復(fù)雜性和不確定性、現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備及信息傳輸技術(shù)對地下工程環(huán)境適應(yīng)性較差、監(jiān)測數(shù)據(jù)整合分析難度較大、既有地下空間增建工程施工監(jiān)測控制缺乏標準化流程和地下工程施工智能化控制水平較低等客觀條件的制約，難以實現(xiàn)施工監(jiān)測控制的自動化、智能化、信息化、高效性和準確性，嚴重影響既有地下空間增建工程施工過程中對于結(jié)構(gòu)安全、周邊環(huán)境和施工技術(shù)參數(shù)的掌握、評估、控制和調(diào)整，進而影響既有地下空間增建工程施工的質(zhì)量和效率，甚至可能造成施工過程中的安全事故和生命財產(chǎn)損失。
3、在地層含水量高、靈敏度高、壓縮性大和承載力低的軟土富水地區(qū)，當前既有地下空間增設(shè)深層泵房的常規(guī)施工方法采取明挖基坑法配合現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)法，即通過凍結(jié)法或大體量水泥對富水軟土地層進行加固，隨后在臨時支護的保護下進行狹小空間的基坑開挖和逐段結(jié)構(gòu)回筑。常規(guī)施工方法存在造價高、工期長、對周邊環(huán)境影響大、勞動強度大、施工效率低和安全隱患多等問題
4、如何研發(fā)一種安全可靠、施工便捷、綠色低碳的軟土富水地區(qū)既有地下空間增設(shè)深層泵房的施工方法，并研發(fā)一種與之配套且智能高效的施工監(jiān)測控制系統(tǒng)及方法從而實現(xiàn)施工監(jiān)測控制的自動化、智能化、信息化、高效性和準確性，是當前在軟土富水地區(qū)地下空間改擴建工程建設(shè)領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提出了既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)、頂管施工及測控方法，適用于軟土富水地區(qū)既有地下空間增建深層泵房工程，通過在既有地下空間內(nèi)部以向下矩形頂管法增設(shè)深層泵房的監(jiān)測控制系統(tǒng)及與之相應(yīng)的施工及測控方法，規(guī)避了既有地下空間狹小場地條件下基坑開挖的風險、結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工的缺陷和地下工程施工控制困難的問題。
2、本申請第一方面公開了既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，包括信息采集模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、智能預(yù)測模塊和反饋控制模塊；所述信息采集模塊包括頂管信息采集單元、既有結(jié)構(gòu)信息采集單元、設(shè)備信息采集單元和地層信息采集單元；
3、所述頂管信息采集單元包括但不限于測縫傳感器，用于獲取頂管結(jié)構(gòu)在施工期間的技術(shù)參數(shù)，其中，所述頂管結(jié)構(gòu)由頂管機頭部機殼和若干管節(jié)組成，所述頂管機頭部機殼是位于頂管結(jié)構(gòu)前端的破土裝置，所述管節(jié)的前端與所述頂管機頭部機殼的后端緊密連接，或者相鄰兩個所述管節(jié)之間首尾緊密連接，所述測縫傳感器布設(shè)于相鄰管節(jié)之間且用于獲取相鄰所述管節(jié)之間的三向相對位移數(shù)據(jù)；
4、所述既有結(jié)構(gòu)信息采集單元布設(shè)于既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，包括但不限于結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器和結(jié)構(gòu)變形傳感器，其中，所述既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括既有地下空間結(jié)構(gòu)底板、既有地下空間結(jié)構(gòu)頂板、既有地下空間結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件和素砼墊層，所述既有地下空間結(jié)構(gòu)底板與所述既有地下空間結(jié)構(gòu)頂板通過所述既有地下空間結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件連接，所述素砼墊層位于所述既有地下空間結(jié)構(gòu)底板下方，所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器用于獲取所述既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力數(shù)據(jù)，所述結(jié)構(gòu)變形傳感器用于獲取所述既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形數(shù)據(jù)；
5、所述設(shè)備信息采集單元包括但不限于頂進力傳感器，用于獲取頂進設(shè)備在施工期間的技術(shù)參數(shù)，其中，所述頂進設(shè)備包括頂鐵構(gòu)件、液壓千斤頂、頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架和頂管反力基座，所述頂鐵構(gòu)件的下表面與所述頂管機頭部機殼的上表面接觸，所述液壓千斤頂位于所述頂鐵構(gòu)件之上且位于所述頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架之下，所述頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架與所述既有地下空間結(jié)構(gòu)頂板通過所述頂管反力基座連接，所述頂進力傳感器布設(shè)于所述液壓千斤頂上并用于獲取千斤頂?shù)捻斄?shù)據(jù)；
6、所述地層信息采集單元包括但不限于地層壓力傳感器、地層應(yīng)變傳感器，所述地層壓力傳感器埋設(shè)于頂管施工區(qū)域周邊地層內(nèi)并用于獲取地層壓力數(shù)據(jù)，所述地層應(yīng)變傳感器埋設(shè)于頂管施工區(qū)域周邊地層內(nèi)并用于獲取地層應(yīng)變數(shù)據(jù)；
7、所述信息傳輸模塊用于在各模塊和各單元之間建立遠程數(shù)據(jù)連接和傳輸；
8、所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)分析單元；其中，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元用于對所述信息采集模塊獲取的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，所述數(shù)據(jù)分析單元用于對經(jīng)過所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)進行運算并獲得分析結(jié)果；
9、所述智能預(yù)測模塊用于將經(jīng)過所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸入至經(jīng)過預(yù)先訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，并輸出得到施工控制量；
10、所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲經(jīng)過所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)、所述數(shù)據(jù)處理模塊輸出的分析結(jié)果和所述智能預(yù)測模塊輸出的施工控制量；
11、所述反饋控制模塊包括預(yù)警單元和控制單元；其中，所述預(yù)警單元用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)分析單元的分析結(jié)果判斷是否控制安裝于所述頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架上的警報器觸發(fā)警報；所述控制單元用于根據(jù)所述智能預(yù)測模塊輸出的施工控制量對所述頂進設(shè)備和所述頂管機頭部機殼進行控制。
12、優(yōu)選地，所述施工控制量包括但不限于所述頂管機頭部機殼的姿勢、所述液壓千斤頂?shù)捻斶M力和頂進速度。
13、本申請第二方面公開了既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，包括以下步驟：
14、s100、頂管施工區(qū)域的加固：測量并定位出所述既有地下空間結(jié)構(gòu)底板的頂管施工區(qū)域、抗拉錨桿鉆孔位置和注漿加固鉆孔位置；在所述抗拉錨桿鉆孔位置向下鉆孔并插入抗拉錨桿，隨后采用注漿材料填滿抗拉錨桿與孔壁之間的間隙；在所述注漿加固鉆孔位置向下鉆孔，并對所述既有地下空間結(jié)構(gòu)底板的下臥地層進行雙液注漿，形成雙液注漿加固區(qū)；
15、s200、既有地下空間結(jié)構(gòu)底板的洞口開鑿：所述抗拉錨桿和所述雙液注漿加固區(qū)經(jīng)檢測滿足設(shè)計強度要求后，鑿除所述頂管施工區(qū)域的所述既有地下空間結(jié)構(gòu)底板和所述素砼墊層形成洞口，所述洞口的鑿除界面做成上大下小的坡口，并在所述鑿除界面上安裝氯丁橡膠材質(zhì)的簾布橡膠板；
16、s300、頂管機頭部機殼的頂進及其測控：將所述頂管機頭部機殼豎直向下放置于所述頂管施工區(qū)域，并將頂管施工所需的所述頂鐵構(gòu)件、所述液壓千斤頂、所述頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架和所述頂管反力基座安裝就位；隨后通過所述液壓千斤頂向所述頂管機頭部機殼施加豎直向下的頂進力；此時，與頂進力互為相互作用力的頂進反力依次通過所述頂管反力用鋼結(jié)構(gòu)門式剛架和所述頂管反力基座向上傳遞至所述既有地下空間本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，其特征在于，包括信息采集模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、智能預(yù)測模塊和反饋控制模塊；所述信息采集模塊包括頂管信息采集單元、既有結(jié)構(gòu)信息采集單元、設(shè)備信息采集單元和地層信息采集單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，其特征在于，所述施工控制量包括但不限于所述頂管機頭部機殼的姿勢、所述液壓千斤頂?shù)捻斶M力和頂進速度。
3.既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-2任一所述的既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，對頂進施工作業(yè)進行監(jiān)測和控制，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，步驟S300中，所述頂管機頭部機殼受頂進力作用而向下移動并貫入地層時，所述簾布橡膠板受擠壓并進入所述頂管機頭部機殼與所述洞口之間的空隙，有利于防止施工期間地層水體從該空隙滲入既有地下空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S400中，對于管節(jié)軸線一致性的測控，通過所述測縫傳
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S300和步驟S400中，對于頂進力的測控，通過所述頂進力傳感器獲取所述液壓千斤頂?shù)捻斶M力Fa，頂進力Fa滿足如下表達式：
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S300和步驟S400中，對于既有地下空間結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的測控，通過所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳感器和所述結(jié)構(gòu)變形傳感器分別對所述既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形進行監(jiān)測；當所述數(shù)據(jù)處理模塊經(jīng)過分析后判斷所述既有地下空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形超出限值時，通過所述反饋控制模塊將指令傳遞至報警器并觸發(fā)警報，并立即停止頂進施工和采取糾偏措施。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S300和步驟S400中，對于地層壓力和應(yīng)變的監(jiān)測，通過所述地層壓力傳感器和所述地層應(yīng)變傳感器對所述頂管施工區(qū)域的周邊地層壓力和應(yīng)變進行監(jiān)測，實時掌握施工期間周邊地層狀況。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S300和步驟S400中，將所述數(shù)據(jù)預(yù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)輸入至所述智能預(yù)測模塊并對當前的所述施工控制量進行預(yù)測，隨后通過所述反饋控制模塊對所述頂進設(shè)備和所述頂管機頭部機殼進行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟S300和步驟S400中，通過在所述既有地下空間結(jié)構(gòu)頂板上方臨時增設(shè)配重物，減少頂進反力對所述既有地下空間結(jié)構(gòu)頂板的內(nèi)力和變形的不利影響；所述配重物的重量Gw滿足如下表達式：
...【技術(shù)特征摘要】
1.既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，其特征在于，包括信息采集模塊、信息傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、智能預(yù)測模塊和反饋控制模塊；所述信息采集模塊包括頂管信息采集單元、既有結(jié)構(gòu)信息采集單元、設(shè)備信息采集單元和地層信息采集單元；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，其特征在于，所述施工控制量包括但不限于所述頂管機頭部機殼的姿勢、所述液壓千斤頂?shù)捻斶M力和頂進速度。
3.既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-2任一所述的既有地下空間增建工程測控系統(tǒng)，對頂進施工作業(yè)進行監(jiān)測和控制，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，步驟s300中，所述頂管機頭部機殼受頂進力作用而向下移動并貫入地層時，所述簾布橡膠板受擠壓并進入所述頂管機頭部機殼與所述洞口之間的空隙，有利于防止施工期間地層水體從該空隙滲入既有地下空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟s400中，對于管節(jié)軸線一致性的測控，通過所述測縫傳感器獲取相鄰所述管節(jié)之間的三向相對位移，包括軸向相對位移δd1、徑向相對位移δd2和切向相對位移δd3，且滿足如下表達式：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的既有地下空間增建工程頂管施工及測控方法，其特征在于，在步驟s300和步驟s400中，對于頂進力的測控，通過所述頂進力傳感器獲取所述液...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張中杰，呂培林，郭振坤，王進，劉書，王浩然，吳航，
申請(專利權(quán))人：上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院集團有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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