郭義先　張召冉　馮紅超　矯偉剛　韓鵬飛　張　揚

(1.北京市勘察設(shè)計研究院有限責任公司，北京　100038；　2.北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京　100141)

0　引言

隨著城市化步伐的加快，大力開發(fā)和使用大型地下空間已經(jīng)成為一種必然。深大基坑往往需要更深更負責的支護體系作為安全保障。鉆孔灌注樁是常用的支護手段，其施工質(zhì)量，尤其是垂直度的要求會更高，為此開發(fā)設(shè)計針對長螺旋鉆機成孔垂直度的控制，實現(xiàn)成孔質(zhì)量的實時監(jiān)測。

1　長螺旋鉆機成孔質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)由傳感器、無線發(fā)射裝置、無線接收裝置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件、計算機等構(gòu)成，系統(tǒng)工作時傳感器測得的數(shù)據(jù)經(jīng)無線發(fā)射和接收裝置輸入到計算機當中，經(jīng)數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)鉆孔傾斜度數(shù)值，包括角度和偏移距離。關(guān)鍵設(shè)備主要包括垂直傳感器、水平傳感器、電流傳感器，無線發(fā)射和接收器。

經(jīng)過反復(fù)調(diào)研比選，選取了BWM826型作為主要的傳感器。它是一款小體積低成本數(shù)字型雙軸傾角傳感器，輸出方式RS232,RS485或TTL電平接口標準可選。體積小、功耗低、一致性和穩(wěn)定性很高，由于是數(shù)字型傾角傳感器，線性度更容易得到修正。無線傳輸協(xié)議，現(xiàn)在普遍采用ZigBee。ZigBee1182數(shù)據(jù)傳輸終端是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

該傳輸系統(tǒng)主要由傾角傳感器(5個)、無線發(fā)射裝置(5個)、無線接收裝置(1個構(gòu)成)。具體如圖1所示。

2　監(jiān)測軟件開發(fā)及測試

測試軟件主要采用LabVIEW進行開發(fā)。具體開發(fā)過程如下。

2.1　系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)

根據(jù)前面所述，系統(tǒng)工作原理，設(shè)計了系統(tǒng)開發(fā)的架構(gòu)。主要包括以下內(nèi)容：

1)系統(tǒng)中關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取，收集到的X,Y數(shù)據(jù)等信息。

2)數(shù)據(jù)的解析發(fā)送，接收到的16位進制數(shù)據(jù)進行解析，重新解析出設(shè)備號、收集到坐標軸及其數(shù)據(jù)。

3)系統(tǒng)界面的構(gòu)成。主要由系統(tǒng)各個監(jiān)測點的按鈕、系統(tǒng)數(shù)據(jù)串口命令的設(shè)置、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的波形顯示等內(nèi)容構(gòu)成。

2.2　系統(tǒng)開發(fā)主要模塊

2.2.1集成模塊開發(fā)

在Labview環(huán)境下，開發(fā)相關(guān)硬件驅(qū)動程序，關(guān)鍵設(shè)備如傳感器、無線接收模塊。整體驅(qū)動硬件主要分為串口數(shù)據(jù)接收部分、數(shù)據(jù)接收處理、數(shù)據(jù)顯示部分、錯誤顯示情況。

2.2.2數(shù)據(jù)讀取模塊

后臺數(shù)據(jù)讀取全部為16進制數(shù)據(jù)，因此需要數(shù)據(jù)讀取模塊轉(zhuǎn)換為10進制。數(shù)據(jù)讀取模塊的關(guān)鍵作用就是對原始數(shù)據(jù)進行抓取，通過公式演算解析成角度用波形圖表(Chart)展示。

1)把緩沖區(qū)接收到的字符串原始數(shù)據(jù)用截取字符段控件，通過字段長度的方式截取出傳感器的設(shè)備號、端口值、數(shù)據(jù)值。

2)通過條件函數(shù)(Case Structure)篩選設(shè)備號和端口值確定發(fā)送設(shè)備后對數(shù)據(jù)進行處理——通過采集值轉(zhuǎn)電流和電流轉(zhuǎn)角度公式演算出及時角度。

3)通過捆綁簇(Bundle)結(jié)合兩個輸入控件作為預(yù)警線將數(shù)據(jù)傳至波形圖表(Chart)展現(xiàn)及時角度的變化。

4)對While循環(huán)上的移位寄存器增加元素并創(chuàng)建顯示控件，可實現(xiàn)同步迭代更新最近三個角度數(shù)據(jù)值方便觀測記錄。

5)定時等待(ms)設(shè)置500 ms使波形減緩便于觀測。

通過以上過程，分別開發(fā)了樁架水平數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、樁架垂直數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、鉆桿垂直數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、平臺水平數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、電機電流監(jiān)測子系統(tǒng)、鉆桿偏移距離監(jiān)測子系統(tǒng)等7個界面的集成監(jiān)測系統(tǒng)。

該系統(tǒng)界面的優(yōu)勢：

1)施工時隨時可以監(jiān)控各測點的數(shù)據(jù)情況，根據(jù)打樁深度預(yù)先設(shè)計的預(yù)警值，當超過預(yù)警線時自動報警，提示鉆機操作人員和管理人員需要注意鉆機狀態(tài)，并及時采取一定的措施進行糾偏。

2)該系統(tǒng)界面美觀，容易操作，系統(tǒng)運行正常情況下，只需要設(shè)計預(yù)警值，同時點擊關(guān)注的傳感器數(shù)據(jù)，就可以輕松得到其相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3　系統(tǒng)測試

為了測試整個系統(tǒng)工作的可靠性，進行了實驗室試驗。長螺旋鉆機的實驗室模型如圖2所示。實驗室試驗中，將傳感器和無線發(fā)射裝置安裝如PVC制作的鉆桿中，其位置位于鉆桿正中間，接收裝置安裝在鉆機平臺頂部。為了驗證測試角度的準確性，在頂部平臺安裝有角度測量工具，指針的角度隨著鉆桿擺動。

另外，設(shè)計了系統(tǒng)警戒值，當測試數(shù)據(jù)超過警戒值時(圖3中虛線)，系統(tǒng)會自動報警，彈出報警信息，提示管理人員，需要對樁

機鉆孔施工采取措施，保障鉆孔的施工質(zhì)量。監(jiān)測數(shù)據(jù)界面如圖3所示。

3　結(jié)語

根據(jù)長螺旋鉆機的實施監(jiān)測的原理特點，進行了系統(tǒng)構(gòu)建，開發(fā)了監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括樁架水平數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、樁架垂直數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)等七大子系統(tǒng)。通過實驗室試驗檢驗得到，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及軟件具有高可靠性，監(jiān)測系統(tǒng)中測點的數(shù)量可根據(jù)需要進行具體增減。

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