CN101430194A - 隧道周边表面位移实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
隧道周边表面位移实时监测装置，属隧道施工监测技术领域。由位移传感器、与位移传感器连接的数据采集器和与数据采集器连接的数据处理器三部分组成，所述的位移传感器为光纤式位移传感器，该光纤式位移传感器由条形基板、沿条形基板的长度方向固设在基板的上、下表面上的光纤线所构成。优点是测点不易被破坏，结构简单，成本低；对监测地点的磁场、震动、水、风、能见度、空气中的微粒含量等测试环境没有限制要求。除可用于铁路、公路、水电、地铁、市政等的隧道及地下工程的周边表面位移的施工监测或运营监测，也可用于其它结构物的表面相对位移监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测隧道周边表面位移的监测装置。属隧道施工监测技术领域。
背景技术
隧道周边表面位移监测是隧道施工阶段必须工序。是指导施工安全、优化施工工艺、改进设计参数、积累施工经验的重要数据。
目前隧道周边表面位移监测装置主要有收敛计、全站仪隧道周边位移量测系统、巴赛特收敛系统(Bassett Convergence System)等。
收敛计，由位移读数装置和量测尺组成。其原理是在隧道两侧、同一高度的边墙上各设置一测点。尺的一端连接其中一个测点，另一端连接收敛计的一端，收敛计的另一端与另一测点连接。当两测点之间距离变化时，由于量测中量测尺的长度是不变的，两次量测中收敛计上的读数之差就是两次量测之间两测点处隧道壁的收敛变形量。其缺点是量测时要求阻断隧道交通、测点保护困难、无法实现实时监测。
全站仪隧道周边位移量测系统，由全站仪和贴有反光膜片的若干测点组成(参见《铁道学报》第26卷第3期“自动全站仪隧道围岩变形非接触监测及分析预报系统研究”)。其原理是，在隧道周边表面需要观测的点设置贴有反光膜片的测点，其膜片上标记有“+”字靶心，在隧道适当位置设置全站仪。利用全站仪测量出各测点相对全站仪的坐标，然后计算出任意两测点之间的相对距离，通过两次测量即得到任意两测点之间距离的变化，即两测点处隧道壁的收敛变形量。其缺点是监测时全站仪要与所有测点通视、避免震动，这会影响洞内测点处的交通，难以实现连续监测，同时也存在测点易破坏的缺点，人工对靶困难。
巴赛特收敛系统是美国SLOPE INDICATOR公司推出的一种隧道剖面收敛自动测量仪器，参见2000年《中国水力发电工程学会大坝安全监测专业委员会年会暨学术交流会论文集》“巴赛特收敛系统及其应用”，由数据测量、数据采集和数据处理三部分组成。其数据测量部分由若干组用长、短杆件相互铰接的电解质倾角传感器组成，使用时由一套首尾相互铰接的长、短杆件绕待测断面洞壁安装，构成一个环。其原理是，当隧道周边表面发生位移后会带动长短杆件转动，由倾角传感器测出其转角，并将该转角信号输出给由一台CR10担任的数据采集控制器(MCU)。由CR10采集得到的数据再传送到置入有专用的处理程序的PC机中进行数据处理，利用这些转角和连杆长度来推算隧道周边表面位移。该系统的主要缺点是，测点易受施工开挖爆破和施工机械的破坏或影响施工；为了减少对空间的占用，其长杆的数量必须足够多，这同时会大大增加传感器数量、周边表面位移的累计误差和成本费用。
发明内容
本发明的目的是克服现有隧道周边表面位移监测系统存在的上述缺点，提供一种隧道施工作业和表面位移监测作业互不干涉的隧道周边表面位移实时监测装置。
本发明的隧道周边表面位移实时监测装置由位移传感器、与位移传感器连接的数据采集器和与数据采集器连接的数据处理器三部分组成，其特征是所述的位移传感器为光纤式位移传感器，该光纤式位移传感器由条形基板、沿条形基板的长度方向固设在基板的上、下表面上的光纤线所构成。
使用时将此条形基板沿隧道断面布置，每隔一定距离用膨胀螺栓把条形基板固定在隧道周边壁上。当隧道周边表面发生位移时，则会带动固定在隧道周边表面上的条形基板产生变形，条形基板的变形引起其上、下表面的光纤线发生应变。根据拉曼—布里渊散射原理，该光纤线的应变值可被光纤数据采集器实时自动采集，光纤数据采集器将这些应变数据保存或发送到光纤应变数据处理器，由数据处理器将这些应变值结合基板厚度经专用的软件程序进行分析计算就可得到基板任意两点之间相对位置的变化值，基板各点的变化值就是与其接触的隧道周边的位移值。
与前述现有同类产品相比，本发明具有以下优点：
1，全部采用通讯光纤为测点元件和传输介质，测点不易被破坏，结构简单，安装方便，制造成本低；
2，能够很好地实现施工隧道周边表面位移的自动采集和实时监测，且隧道施工作业和表面位移监测作业互不干涉。
3，对监测地点的磁场、震动、水、风、能见度、空气中的微粒含量等测试环境没有限制要求。抗干扰性强，适用面广。既可用于铁路、公路、水电、地铁、市政等的隧道及地下工程的周边表面位移的施工监测或运营监测，也可用于其它结构物的表面相对位移的监测。
本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
附图说明
图1是本监测装置的结构示意图
图2是光纤式位移传感器的结构示意图
图3是图2的C-C视图
图4是图2的B-B视图
具体实施方式
如图1所示，本隧道周边表面位移实时监测装置由位移传感器9、与位移传感器连接的数据采集器7和与数据采集器7连接的数据处理器8三部分组成，所述的位移传感器为光纤式位移传感器，参见图2～4，该光纤式位移传感器由条形基板1、沿条形基板的长度方向固设在基板的上、下表面上的光纤线2所构成。使用时将条形基板1沿隧道断面布置，每隔一定距离用膨胀螺栓4、垫圈5把基板固定在隧道周边壁6上。光纤线2与光纤数据采集器7连接。光纤线2可以用粘接剂粘接在条形基板上。当然，也可以采用其它一些不影响光纤线的正常应变和传输信号的其它固定方式。
在光纤线的上面还可以遮护一层保护层3。保护层可以是橡胶薄片或塑料片。还可以利用隧道施工过程中的向隧道表面喷涂的混凝土来形成光纤线的保护层。
光纤线可各布置两条，上、下各留一条作为备用。
数据采集器7可选用美国Micron Optics公司的光纤应变系统DiTeSt STA200-C担任，也可选用其它类似功能的光纤数据采集器。数据处理器8可采用置入有专用的软件程序的工业控制器来担任。也可以由计算机或服务器构成监测数据处理中心。可设置在监测现场，或远离监测现场设置，通过有线或无线方式实现数据传输。
Claims (4)
1、隧道周边表面位移实时监测装置，由位移传感器、与位移传感器连接的数据采集器和与数据采集器连接的数据处理器三部分组成，其特征是所述的位移传感器为光纤式位移传感器，该光纤式位移传感器由条形基板、沿条形基板的长度方向固设在基板的上、下表面上的光纤线所构成。
2、如权利要求1所述的隧道周边表面位移实时监测装置，其特征是在所述的光纤线上设有一保护层。
3、如权利要求2所述的隧道周边表面位移实时监测装置，其特征是所述的保护层为橡胶薄片。
4、如权利要求2所述的隧道周边表面位移实时监测装置，其特征是所述的保护层为塑料片。
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