專利名稱：一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)控裝置，尤其是涉及一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與 保護(hù)監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
世博變電站基坑地處軟土地區(qū)，且在如此復(fù)雜的周邊環(huán)境下開挖30多米的超大 基坑在上海乃至全國都屬首例。因此如何預(yù)測、控制和保護(hù)緊鄰基坑的建(構(gòu))筑物、管線 成為一個(gè)具有難度大且迫切需要解決的一個(gè)問題。與工程需求的迫切性相對(duì)應(yīng)的是，目前 仍只能依靠經(jīng)驗(yàn)(如Peek方法)預(yù)測板樁或排樁支護(hù)的變形模式。國內(nèi)外各種分析方法 尚無軟土地區(qū)大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境影響計(jì)算和評(píng)估控制的方法，因此對(duì)于地下連續(xù)墻 圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以及耦合地下降水條件下，如何確定地面變形的大小和分布模式，并確保周邊環(huán) 境的安全，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工具有重要的直接應(yīng)用價(jià)值。工程技術(shù)需求(1)合理考慮承壓水、潛水降水措施和圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工與開挖等綜合工況下基坑圍 護(hù)結(jié)構(gòu)變形與穩(wěn)定、周邊管線、建筑物和高架橋樁基的變形分析是進(jìn)行環(huán)境控制與保護(hù)的 前提。(2)基坑實(shí)測結(jié)果與分析結(jié)果的對(duì)比是確定合理分析模型和計(jì)算方法的基礎(chǔ)，從 而為基坑下一道施工工序進(jìn)行合理的環(huán)境控制與保護(hù)提供了依據(jù)。課題實(shí)施的難點(diǎn)(1)綜合比選國內(nèi)外各種研究方法，確定適合于軟土地區(qū)大規(guī)模超深基坑開挖的 分析計(jì)算方法；(2)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論與方法，基于基坑開挖深度、支撐圍護(hù)結(jié)構(gòu)、降水措施等變量 確定各影響因素下基坑的變形模式與變形大??；(3)承壓水與潛水等降水過程中滲流場的計(jì)算與模擬；(4) 土方開挖引起的應(yīng)力場模擬及其流固耦合計(jì)算土體沉降和變形；(5)開挖和降水對(duì)周邊高架樁基的影響分析；(6)開挖和降水對(duì)周邊地埋管道的影響分析，包括三維變形、管道內(nèi)力和安全評(píng)價(jià) 標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的技術(shù)存在以下缺點(diǎn)對(duì)周邊環(huán)境的安全性低，對(duì)大規(guī)模超深基坑的分析不 能達(dá)到有效合理。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種對(duì)周邊環(huán) 境的安全性高，對(duì)大規(guī)模超深基坑的分析有效合理的大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù) 監(jiān)測裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置包括顯示器、數(shù)據(jù)處理器、地面沉降探測儀、管線 受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯 示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、 土壓力傳感器分別與數(shù)據(jù)處理器連接。所述的數(shù)據(jù)處理器包括FLAC3D數(shù)值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型不僅驗(yàn)證在降水開挖設(shè)計(jì)施工方案下基坑自身的安 全性，更重要的是預(yù)期評(píng)判基坑開挖中周邊地面沉降、周邊管線和高架樁基的位移和沉降 等環(huán)境影響程度，為提前掌控各開挖工況下，變基坑工程的安全性和周邊環(huán)境安全的可控 性提供直接的依據(jù)。具體包括一是預(yù)期評(píng)價(jià)各設(shè)計(jì)施工方案對(duì)周邊環(huán)境的安全性；二是 得出對(duì)周邊環(huán)境影響的主要影響因素，提供設(shè)計(jì)施工中需注意的事項(xiàng)；三是根據(jù)監(jiān)測資料 對(duì)比，得出更合理的大規(guī)模超深基坑的有效分析方法，為今后大規(guī)模超深基坑提供分析基 礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例如圖1所示，一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置，該裝置包括顯 示器1、數(shù)據(jù)處理器2、地面沉降探測儀3、管線受損探測儀4、高架樁基位移探測儀5、水壓 力傳感器6、土壓力傳感器7，數(shù)據(jù)處理器2與顯示器1連接，地面沉降探測儀3、管線受損 探測儀4、高架樁基位移探測儀5、水壓力傳感器6、土壓力傳感器7分別與數(shù)據(jù)處理器2連 接，數(shù)據(jù)處理器2包括FLAC3D數(shù)值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)方法，該方法的步驟如下(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)各方法結(jié)果與實(shí)測值對(duì)比，確定超大直徑超深基坑變形的合理分析 方法通過Clough方法(1989)、同濟(jì)啟明星支擋結(jié)構(gòu)分析軟件FRWS和FLAC3D數(shù)值模擬 對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析。結(jié)果表明采用適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)方法可以預(yù)估圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形，但 可能超估變形值。對(duì)于深基坑的側(cè)向變形，當(dāng)前分析方法給出的圍護(hù)墻側(cè)向變形分布規(guī)律 和最大量值相比實(shí)測值具有較高的計(jì)算準(zhǔn)確度。圍護(hù)地連墻的豎向位移方面，計(jì)算結(jié)果表 明在選用土體壓縮模量計(jì)算深基坑開挖分析中時(shí)，給出的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的向上豎向位移將偏大 一些。(2)各因素作用下地面沉降的影響因素評(píng)估，各分析方法得到的地面沉降與實(shí)測 值對(duì)比研究采用多種分析方法對(duì)世博變電站基坑地面沉降進(jìn)行了分析，包括同濟(jì)啟明星支擋 結(jié)構(gòu)分析軟件FRWS提供的3種方法(Peck簡化分析方法、同濟(jì)三角形模式和同濟(jì)拋物線 模式)、Peek 經(jīng)驗(yàn)方法(1969)、Clough & Rourke 方法(1990)、Hsieh & Ou 方法(1998)和 FLAC3D三維數(shù)值分析方法。結(jié)果表明同濟(jì)啟明星軟件FRWS提供的同濟(jì)拋物線模式和Hsieh& Ou方法給出的結(jié)果與實(shí)測值最為接近，而FLAC3D的計(jì)算結(jié)果偏小，這是由于未考慮回彈 模量和樓板重量因素將使得地面沉降值要偏小一些?？油獾孛娉两的Ｊ椒矫?，同濟(jì)拋物線模式、Hsieh & Ou方法和FLAC3D與實(shí)際較為 吻合，最大沉降位于基坑邊的距離分別為18m、17m和17m，而實(shí)測最大值出現(xiàn)在坑邊15 20m范圍內(nèi)。從基坑降水開挖引起地面沉降的影響范圍看，三維分析結(jié)果與實(shí)測值較吻合。上海地區(qū)基坑開挖和降水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地面沉降影響的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果具有較強(qiáng) 的實(shí)用性，無論是圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形還是坑外地面沉降，本工程實(shí)測值均處在上海市深基 坑統(tǒng)計(jì)結(jié)果的范圍之內(nèi)。(3)基坑降水與開挖各工況下，高架橋梁樁基的安全性分析成都北路側(cè)高架橋樁基變形包括朝向基坑側(cè)的水平位移和豎向位移兩部分，并且 水平向位移大于豎向沉降，樁基水平位移分布規(guī)律方面，樁端位移最大，樁頂次之，中間部 位最小，但總體位移差異在3mm以內(nèi)，且樁長為30m，故彎曲變形率很小。同一承臺(tái)中各樁 基，隨著與基坑距離的增加，變形逐步減小。承臺(tái)樁基受力方面，在樁頭產(chǎn)生了最大的負(fù)彎 矩，開挖至坑底時(shí)樁基最大正彎矩為IlOkN ·πι，最大負(fù)彎矩為^kN ·πι。實(shí)測的高架橋樁基 沉降受到一些其他因素影響使得其分布規(guī)律不明顯，但總體量值很小，幅度在5mm以內(nèi)，表 明基坑開挖對(duì)高架橋樁基影響很小。(4)管道安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的確定，不同變形分布模式下管道內(nèi)力分析，各開 挖工況下管道的安全性評(píng)價(jià)管線的安全與管材和接頭密切相關(guān)?？梢酝ㄟ^對(duì)管道結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角、結(jié)構(gòu)位移和容許 轉(zhuǎn)角與位移，管道應(yīng)力(由管道應(yīng)變間接計(jì)算)和容許應(yīng)力來評(píng)判管線的安全性。管線不同的沉降位移模式將產(chǎn)生不同的管道內(nèi)力分布，采用了正態(tài)分布模式和誤 差補(bǔ)償函數(shù)兩種變形模式進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)管線豎向變形多遵循正態(tài)分布模式而水平向變 形與誤差補(bǔ)償函數(shù)形式類似，比較分析表明相比水平向變形而言，管線的豎向變形對(duì)管道 力學(xué)性狀影響更明顯。實(shí)測的管線沉降受到管接頭和管內(nèi)傳輸物體重量等影響，并不嚴(yán)格遵循距離基坑 越遠(yuǎn)沉降越小的規(guī)律，這表明數(shù)值分析過程中不僅需要考慮管線自身材料性狀的影響，還 得考慮管內(nèi)傳輸物質(zhì)的影響(如增加重量等)。分析表明對(duì)于相對(duì)柔性管材，其最大沉降 發(fā)生在基坑中軸線附近，分布形態(tài)與計(jì)算值較接近；而對(duì)于剛性管，最大沉降并不出現(xiàn)在基 坑中心軸線上，而是距離中軸線約20 30m范圍內(nèi)，多呈現(xiàn)雙峰或單峰分布現(xiàn)象。本發(fā)明在國內(nèi)第一次系統(tǒng)地研究了軟土地區(qū)超大直徑、超深基坑開挖和降水施工 工況下基坑周邊地面沉降、建筑物、管線和高架橋樁基等環(huán)境影響與控制的分析，取得了以 下一系列在技術(shù)領(lǐng)域具有創(chuàng)新性的成果系統(tǒng)分析了國外代表性的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地面沉降變形分析方法，并通過三維流固耦 合分析模擬施工開挖過程，通過與實(shí)測結(jié)果的對(duì)比分析，得出了軟土地區(qū)超深基坑圍護(hù)結(jié) 構(gòu)和地面沉降合理的分析方法。系統(tǒng)分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式、承壓水與潛水降水施工、坑邊超載、坑底隆起等多因素 作用下對(duì)基坑周邊環(huán)境影響的量化分析和影響程度評(píng)估。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，得出上海地區(qū)基坑開挖和降水對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地面沉降影響的統(tǒng) 計(jì)分析結(jié)果，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。[0039]通過被動(dòng)樁理論和三維仿真分析，進(jìn)行了深基坑周邊高架橋梁樁基的安全性評(píng) 估。確定了坑邊管線安全性評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估指標(biāo)，采用2種不同管線分布模式確定 管道內(nèi)力的大小和隨基坑開挖的變化過程，得出管線不同變形情況下對(duì)內(nèi)力的影響程度， 并進(jìn)行了三維施工仿真分析。先期提供的各分析結(jié)果與后續(xù)的實(shí)測結(jié)果對(duì)比表明，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、坑邊地面沉 降、周邊建筑物、管線和高架橋的計(jì)算值與實(shí)測值相吻合，為軟土地區(qū)超大直徑超深基坑的 環(huán)境評(píng)估探索了一個(gè)合理的分析途徑與方法，可供后續(xù)軟土地區(qū)大規(guī)模超深基坑環(huán)境控制 借鑒使用，填補(bǔ)了我國在該領(lǐng)域的空白。本發(fā)明不僅驗(yàn)證在降水開挖設(shè)計(jì)施工方案下基坑自身的安全性，更重要的是預(yù)期 評(píng)判基坑開挖中周邊地面沉降、周邊管線和高架樁基的位移和沉降等環(huán)境影響程度，為甲 方提前掌控各開挖工況下世博變基坑工程的安全性和周邊環(huán)境安全的可控性提供直接的 依據(jù)。具體作用為一是預(yù)期評(píng)價(jià)各設(shè)計(jì)施工方案對(duì)周邊環(huán)境的安全性；二是得出對(duì)周邊 環(huán)境影響的主要影響因素，提供設(shè)計(jì)施工中需注意的事項(xiàng)；三是根據(jù)監(jiān)測資料對(duì)比，得出更 合理的大規(guī)模超深基坑的有效分析方法，為今后大規(guī)模超深基坑提供分析基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。通 過該項(xiàng)目的實(shí)施，世博變電站基坑已經(jīng)安全開挖至坑底，并且周邊地面沉降、管線和高架樁 基等均處在預(yù)期可控的安全范圍內(nèi)，確保了周邊環(huán)境的安全性，達(dá)到了項(xiàng)目實(shí)施的預(yù)期目 的。
權(quán)利要求1.一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置包括顯示 器、數(shù)據(jù)處理器、地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、 土壓力傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測 儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器分別與數(shù)據(jù)處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置，其特征 在于，所述的數(shù)據(jù)處理器包括FLAC3D數(shù)值分析模塊、FRffS基坑分析模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大規(guī)模超深基坑開挖環(huán)境控制與保護(hù)監(jiān)測裝置，該裝置包括顯示器、數(shù)據(jù)處理器、地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理器與顯示器連接，所述的地面沉降探測儀、管線受損探測儀、高架樁基位移探測儀、水壓力傳感器、土壓力傳感器分別與數(shù)據(jù)處理器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有對(duì)周邊環(huán)境的安全性高，對(duì)大規(guī)模超深基坑的分析有效合理等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E02D33/00GK201901875SQ201020664518
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者樂俊律, 劉曉東, 徐勍, 朱偉林, 王衛(wèi)東, 王杰, 王滬生, 陳崢, 陳祖元, 高倚山 申請(qǐng)人:上海久隆電力科技有限公司, 上海市電力公司