一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统

专利摘要:
本实用新型涉及桥梁施工预警，具体涉及一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，包括：数据采集模块，该数据采集模块用于检测桥跨变形数据；数据传输模块；数据处理模块；预警模块；数据采集模块包括位移检测装置和应变检测装置，位移检测装置用于与桥墩连接，应变检测装置包括布置在桥跨结构跨中的应变传感器，应变传感器布置于桥跨结构的跨中位置，该应变传感器与数据处理模块通信连接。本下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统对每跨两边桥墩的沉降和跨中挠度进行监测，并对监测数据进行处理，就可预测下一周期的变形，根据预测结果进行预警，保障了施工的安全性。
公开号:CN214335919U
申请号:CN202120171269.1U
申请日:2021-01-21
公开日:2021-10-01
发明作者:沈建平；田海涛；吴帆
申请人:Powerchina Roadbridge Group Co Ltd；
IPC主号:G08B21-18

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及桥梁施工预警，具体涉及一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统。
[n0002] 在交通路网的建设中，新建线路下穿既有线路施工对既有线路的影响，以及施工过程中两者的相互影响十分复杂。经过多年的实践，虽然下穿施工技术得到了很大改进，技术发展得相对成熟，但施工过程仍然不可避免地会对周围土体产生扰动，进而导致不同程度的地层位移和地层变形。桥梁的变形超过一定限度时，必然危及相应既有线路上列车的安全运行。高速公路下穿既有轻轨线路施工时，对既有轻轨线路桥梁及列车运营速度必将产生相应影响，施工中要重点解决桥梁结构变形等技术难题，需要完善技术设计方案和施工准备措施。
[n0003] 本实用新型的目的是提供一种对施工中轻轨桥梁变形安全性进行预警的系统。
[n0004] 为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，包括：
[n0005] 数据采集模块，该数据采集模块用于检测桥跨变形数据；
[n0006] 数据传输模块，该数据传输模块用于所述桥跨变形数据传输给监测站；
[n0007] 数据处理模块，该数据处理模块用于对数据传输模块传输的桥跨变形数据进行处理；
[n0008] 预警模块，该预警模块用于根据数据处理模块的数据处理结果进行警报；
[n0009] 所述数据采集模块包括位移检测装置和应变检测装置，所述位移检测装置用于与桥墩连接，所述应变检测装置包括布置在桥跨结构跨中的应变传感器，所述应变传感器布置于桥跨结构的跨中位置，该应变传感器与数据处理模块通信连接。
[n0010] 在施工过程中，需要对既有轻轨桥梁结构物的变形情况进行长期的现场监测，将理论结果与实际监测结果进行对比分析，从而验证安全处置技术方案的可行性。一个施工过程中的桥梁变形预警系统显得尤为重要。桥梁变形有许多方面，而对于公路桥梁下穿轻轨线路桥梁施工时，对既有桥梁下的土层影响较大，因此对桥梁的桥墩沉降和桥跨结构跨中的挠度变形进行监测就能为施工提供参考。本位移检测装置和应变检测装置分别将每跨两边桥墩的沉降和跨中挠度数据通过数据传输模块传输到监测站的数据处理模块，预警模块根据处理结果发出预警信息，本下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统将桥梁分为施工段桥跨结构与非施工段桥跨结构，即设定桥跨结构下方为下穿施工区域为施工段桥跨结构，将施工段桥跨结构相邻的桥跨结构下方区域设定为非施工段桥跨结构，本下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统针对上述的施工段桥跨结构，对每跨两边桥墩的沉降和跨中挠度进行监测，并对监测数据进行处理，就可预测下一周期的变形，根据预测结果进行预警，保障了施工的安全性。
[n0011] 进一步地是，所述位移检测装置为激光位移检测装置，该移检测装置包括用于布置在桥墩上的激光接收器、与所述激光接收器对应设置的激光发射器，所述激光发射器和激光接收器均与数据传输模块通信连接。
[n0012] 通过采用激光位移检测装置可较为准确的检测桥墩的位移、沉降变化。
[n0013] 进一步地是，所述激光接收器通过设置于桥墩上的悬臂架固定在桥墩上；所述悬臂架上布置有连接孔，所述激光接收器穿设于该连接孔内。
[n0014] 进一步地是，所述悬臂架一侧固定于桥墩上，另一侧为悬臂端；所述激光发射器设置于悬臂架下侧，用于使激光接收器与激光发射器上下对应。
[n0015] 采用上述的悬臂架支撑激光接收器，结构简单，设置方便，这里的悬臂架可以为钢板。
[n0016] 进一步地是，所述激光发射器通过支撑架设置于地面上。
[n0017] 进一步地是，所述支撑架包括三轴稳定器，所述三轴稳定器通过插入于地面的钢柱固定，所述支撑架设置于三轴稳定器上。
[n0018] 进一步地是，所述应变传感器为与数据处理模块连接的光纤光栅应变传感器，用于检测桥跨结构挠度。
[n0019] 进一步地是，预警模块包含设置于监测站的至少两个分别预制不同报警阈值的报警器，所述报警器与数据处理模块连接。
[n0020] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本实用新型的实践了解到。
[n0021] 构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
[n0022] 图1为用于说明本实用新型的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统的示意图；
[n0023] 图2为用于说明本实用新型的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统的设备连接示意图；
[n0024] 图中标记：桥墩1、钢板2、激光接收器3、钢柱4、三轴稳定器5、激光发射器6、不间断电源7、光缆8、以太网设备9、光纤光栅应变传感器10、监测站11、数据采集模块100、激光位移检测装置110、光纤光栅应变检测装置120、数据传输模块200、数据处理模块300、预警模块400。
[n0025] 下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：
[n0026] 本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
[n0027] 此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[n0028] 关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[n0029] 如图1和图2，一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统包括数据采集模块100、数据传输模块200、数据处理模块300和预警模块400。
[n0030] 所述数据采集模块100包括位移检测装置和应变检测装置，所述位移检测装置用于与桥墩连接，所述应变检测装置包括布置在桥跨结构每跨跨中的应变传感器，所述应变传感器布置于桥跨结构的跨中位置，该应变传感器与数据处理模块300通信连接。本下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统对每跨两边桥墩的沉降和跨中挠度进行监测，并对监测数据进行处理，就可预测下一周期的变形，根据预测结果进行预警。位移检测装置为激光位移检测装置110，该移检测装置包括用于布置在桥墩上的激光接收器3、与所述激光接收器对应设置的激光发射器6，所述激光发射器和激光接收器均与数据传输模块200通信连接。
[n0031] 数据采集模块100包括激光位移检测装置110和光纤光栅应变检测装置120；数据传输模块200包括以太网传输设备以及光纤设备。
[n0032] 激光位移检测装置110包括钢板2，该钢板2固定在桥墩1上，钢板2上设有均匀布置的连接孔，通过螺丝将激光接收器3固定在钢板2上，钢板2的高度应满足激光发射器6的测量条件，保证在仪器测量能力最大值与最小值之内；激光位移检测装置110还包括插入土中一定深度的钢柱4，通过金属套筒固定在钢柱4上的三轴稳定器5；三轴稳定器5连接上述的激光发射器6，激光发射器6应通过三轴稳定器调整至水平与钢板平行的状态，钢柱4的埋深应确保在施工区域的风荷载和基本设计荷载作用下钢柱4不发生失稳破坏；激光位移检测装置110设置有为其提供能源的不间断电源7，激光发射器6与不间断电源7通过适配器相连接；同时激光发射器6与激光接收器3通过光缆8将测量数据传输给以太网设备9，需要注意的是激光位移检测装置110应对桥跨结构每跨两边的桥墩分别设置,并将测量数据同时通过以太网设备传输至监测站11。
[n0033] 光纤光栅应变检测装置120包括布置在桥跨结构每跨跨中的光纤光栅应变传感器10，通过接触式连接将传感器水平置于跨中的位置，具体的可以是对施工区域所在的桥跨结构以及施工区域左右相邻两个区域的两跨桥跨结构的跨中分别以接触连接的方式固定五条平行的光纤光栅应变传感器10，末端连接光纤将所测的光信号传至监测站11中进行数据处理，这里的光纤光栅应变传感器也可配置相应的独立的电源。数据采集模块100中的激光位移检测装置110和光纤光栅应变检测装置120对沉降和挠度进行同时检测，激光发射器6按一定周期T发射激光，监测站按相同的周期T获取光纤所传输光信号。
[n0034] 数据处理模块300是运用监测站中的计算机系统对通过数据传输模块200输入的数据采集模块100所采集的数据进行处理，首先将以太网设备输入的沉降数据进行预处理，即将一周期开始与结束两个时间点所测得两个桥墩的距离H1与H2，h1与h2分别进行相减，得到该周期的两个桥墩的沉降量ΔH1与ΔH2，ΔH＝H1-H2，ΔH2＝h1-h2然后每周期将输入的光信号转化为挠度信息δ，通过Matlab程序构建[ΔH,Δh,δ]矩阵,将每个周期所测数据转化的矩阵作为时间序列分析模型的输入，运用时间序列分析算法对矩阵进行模型构建，通过之前实测的数据对[ΔH,Δh,δ]矩阵进行短期预测，得到下一周期所预测的桥墩沉降量与桥跨结构每跨跨中的挠度值。
[n0035] 具体的是，四个桥墩处的激光发射器按周期10分钟发射一次激光，以太网接收到激光位移传感器测得的位移信号立即通过光缆传输到监测站的计算机系统上，得到h1,h2,h3,h4；与此同时，分析三跨梁跨结构跨中光纤光栅传感器通过光纤传入的光信号，通过计算机系统处理挠度信息δ1、δ2、δ3。运用Matlab程序将数据处理成施工区域所测数据对应的矩阵1[h1,h2,δ1]以及非施工区域所测数据对应的矩阵2和3为[h2,h3,δ2]和[h3,h4,δ3]，将每个周期所处理得到的矩阵分别作为新的一行加入各自区域对应的矩阵当中，经过1小时后，将得到的三组3×7矩阵分别作为时间序列分析算法的输入构建三个模型，该模型为非平稳序列，并且不具有季节性变化的特点，而施工工程中的影响并非呈线性关系，因此可以采用非线性趋势预测方法构建模型。将模型分析的结果作为数据处理模块300的输出，输出结果为下一周期结束时的预测值。
[n0036] 运用Matlab程序建立预警判定函数，判定函数要求：当矩阵1的预测值中的沉降量值或者挠度值任一数据超出允许值的范围时，启动监测站的红色警报器，对下穿既有桥梁施工中的桥梁变形进行警报；当矩阵1的预测值中的沉降量值或者挠度值任一数据超出矩阵2和矩阵3预测值的数据的2倍但为超过允许值时，启动监测站的黄色警报器，对可能出现的危险进行提醒。该方案可以在高速公路下穿既有轻轨线路施工过程中为既有桥梁的安全以及轻轨的行车安全进行预防，为指导施工提供重要依据。
[n0037] 数据预警模块400包括两者报警器，例如可以设置为红色警报器和黄色警报器，数据预警模块400内置有数据判别程序，红色警报器和黄色警报器设于监测站内。除对下穿既有桥梁施工区域上方桥梁桥跨结构和两边桥墩进行检测之外，对施工区域外围相邻左右两跨桥梁结构和其两边的桥墩同样设立检测系统，并与施工区域内的系统同时进行数据采集、数据传输以及数据处理的操作，对输出的三组预测矩阵进行分析，从而对下穿既有桥梁施工中的既有桥梁变形进行预警。当施工区域的桥墩沉降量或一跨桥跨结构跨中挠度超过允许值时，系统触发红色警报器，进行红色警报；当施工区域的桥墩沉降量或一跨桥跨结构跨中挠度未达允许值但是超过左右相邻区域的桥墩沉降量和一跨桥跨结构跨中的挠度的2-3倍时，系统触发黄色警报器，进行黄色预警。
[n0038] 以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

权利要求:
Claims (8)
[0001] 1.一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，该数据采集模块用于检测桥跨变形数据；
数据传输模块，该数据传输模块用于所述桥跨变形数据传输给监测站；
数据处理模块，该数据处理模块用于对数据传输模块传输的桥跨变形数据进行处理；
预警模块，该预警模块用于根据数据处理模块的数据处理结果进行警报；
所述数据采集模块包括位移检测装置和应变检测装置，所述位移检测装置用于与桥墩连接，所述应变检测装置包括布置在桥跨结构跨中的应变传感器，所述应变传感器布置于桥跨结构的跨中位置，该应变传感器与数据处理模块通信连接。
[0002] 2.如权利要求1所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述位移检测装置为激光位移检测装置，该移检测装置包括用于布置在桥墩上的激光接收器、与所述激光接收器对应设置的激光发射器，所述激光发射器和激光接收器均与数据传输模块通信连接。
[0003] 3.如权利要求2所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述激光接收器通过设置于桥墩上的悬臂架固定在桥墩上；所述悬臂架上布置有连接孔，所述激光接收器穿设于该连接孔内。
[0004] 4.如权利要求3所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述悬臂架一侧固定于桥墩上，另一侧为悬臂端；所述激光发射器设置于悬臂架下侧，用于使激光接收器与激光发射器上下对应。
[0005] 5.如权利要求2所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述激光发射器通过支撑架设置于地面上。
[0006] 6.如权利要求5所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述支撑架包括三轴稳定器，所述三轴稳定器通过插入于地面的钢柱固定，所述支撑架设置于三轴稳定器上。
[0007] 7.如权利要求1所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，所述应变传感器为与数据处理模块连接的光纤光栅应变传感器，用于检测桥跨结构挠度。
[0008] 8.如权利要求1所述的一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统，其特征在于，预警模块包含设置于监测站的至少两个分别预制不同报警阈值的报警器，所述报警器与数据处理模块连接。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120171269.1U|CN214335919U|2021-01-21|2021-01-21|一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统|CN202120171269.1U| CN214335919U|2021-01-21|2021-01-21|一种下穿既有桥梁施工中的桥梁变形预警系统|