CN103670386B - 一种岩石地层多点位移激光测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石地层多点位移激光测量方法及装置，由反光片、激光发射器、孔口定位盘组成。在岩石地层中钻小口径的钻孔，在孔口端安装激光发射器，同时在孔壁设计测量点处粘贴反光片，激光发射器激发的激光束打到反光片以及钻孔底基准点上反射回来，可被激光发射器上的接收装置捕捉，激光发射器的采集装置计算并显示出反光片以及孔底基准点到激光发射器的距离，用激光发射器到孔底基准点的距离减去激光发射器到反光片的距离可得到反光片到孔底基准点的距离，每隔一定时间测量一次该距离，对比得出前后两(多)次该距离的差值即为所求位移或变形。

Description

一种岩石地层多点位移激光测量方法及装置

技术领域

本发明涉及能够测量岩石地层多点位移或变形的测量方法以及相应的测量装置，尤其是能在岩石洞室中测量洞室围岩的多点径向位移的激光测量方法及装置。

背景技术

目前，我国已经成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。然而，由于隧道是修建在地下岩土介质中的半隐蔽工程，隧道洞壁的位移变形是影响地面沉降、施工安全及施工进度的重要因素之一，变形过大对地表建筑以及隧道施工人员、设备的安全造成了重大的威胁。由隧道变形过大引起的地表大楼变形倾斜甚至倒塌、隧道塌方的事故屡见不鲜。如何精确、便捷地测量隧道的位移或变形，为隧道工程施工、监测提供帮助和依据？一直是工程人员考虑的问题。

本发明提供了一种解决方案，发明了可以较精确、较便捷地测量岩石地层(包括隧道)的光学测距方法以及对应的测量装置。对工程施工、监测具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便捷地测量岩石地层的多点位移或变形的岩石地层多点位移激光测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种岩石地层多点位移激光测量方法，激光发射器激发的激光束打到反光片上反射回来，可被激光发射器上的接收装置捕捉。通过已知的光的速度和从激光发射到接收的时间间隔，激光发射器可计算并显示出反光片到激光发射器的距离，其精度可达1mm。由于钻孔入口端(后面简称“孔口”)围岩变形较大而钻孔末端(后面简称“孔底”)围岩变形较小，因此在测量过程中以孔底一点作为基准点(第一次测量时任意确定一个可让激光发射器打到孔底的点(可不用设置反光片，激光遇孔底岩土即可反射)，记录孔口定位盘对应的读数，往后的测量均采用此点为基准点)，将激光发射器发射到孔底基准点反射接收即可测出激光发射器到孔底的距离。然后用激光发射器到孔底基准点的距离减去激光发射器到反光片的距离可得到反光片到孔底基准点的距离，每隔一定时间测量一次该距离，对比得出前后两(多)次该距离的差值即为所求位移或变形。

其中根据设计要求可将多个反光片同时布置于小孔内不同深度和不同方位角度的设计测量点处，并由浅到深对反光片进行编号(1,2，...，N)；激光发射器安装于孔口定位盘的转动盘(可转动)上，而孔口定位盘的刻度盘固定于孔口且0刻度线与第一反光片4对齐。安装时记录1号以外其它反光片与第一反光片4的环向夹角，将转动盘转动相应的角度即可测量对应的其它反光片及孔底基准点。

每隔一天测量记录一次反光片到孔底基准点的距离，也可以视工程实际变形情况可适当缩短或增长测量时间间隔。

所述的小口径钻孔的孔径小于100mm。

一种岩石地层多点位移激光测量装置，包括反光片、孔口定位盘及激光发射器，

所述的反光片根据设计要求粘结在在钻孔的不同深度和不同方位角度处，

所述的孔口定位盘由刻度盘和转动盘组成，所述的刻度盘固定于孔口岩壁，所述的转动盘可绕钻孔中轴线在刻度盘平面上转动，

所述的激光发射器安装在孔口定位盘上。

所述的激光发射器可发射激光、捕捉反射回来的激光并附加计算显示距离功能。

所述的激光发射器可以设有数个，同时对不同的测点进行测量。

所述的转动盘可以自动化驱动或机械驱动。

所述的反光片设有数个，粘结在在钻孔的不同深度和不同方位角度处，一次可完成不同深度的多个测点的测量。

所述的刻度盘的0刻度与作为基准的反光片对齐，记录基准反光片以外的反光片与基准的反光片的环向夹角，将转动盘转动相应的角度即可测量对应的其它反光片及孔底基准点。

与现有技术相比，本发明用光学(激光)测距方法，在小口径岩石地层钻孔内可便捷地对岩石地层的位移或变形进行测量，而且可以同时埋设多个不同深度不同方位角度的反光片进行多点位移或变形测量。

在岩石地层中钻小口径的钻孔，在孔的一端安装激光发射器，同时在孔壁设计测量点处粘贴反光片，激光发射器激发的激光束打到反光片以及钻孔底基准点上反射回来，可被激光发射器上的接收装置捕捉，激光发射器的采集装置计算并显示出反光片以及孔底基准点到激光发射器的距离，其精度可达1mm。

附图说明

图1为沿钻孔轴线剖面结构示意图。

图2为反光片安装后沿钻孔轴线剖面结构示意图。

图3为孔口定位盘结构示意图。

图4为孔口定位盘安装后沿钻孔轴线剖面结构示意图。

图中，1为孔壁；2为围岩；3为入口；4为第一反光片；5为第二反光片；6为第三反光片；7为转动盘；8为激光发射器；9为刻度盘；10为孔口定位盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

岩石地层多点位移激光测量方法，激光发射器激发的激光束打到反光片上反射回来，可被激光发射器上的接收装置捕捉，具体采用以下步骤：

1、首先在围岩2上开挖小口径的钻孔，如图1所示。

2、根据设计要求将第一反光片4、第二反光片5、第三反光片6压贴到孔壁1上的测量点处，其中第一反光片4为基准反光片，记录其它反射片与第一反光片4的环向夹角，如图2所示。

3、在钻孔入口3端安装孔口定位盘10，孔口定位盘10的刻度盘9的0刻度与第一反光片4对齐，将激光发射器8安装于孔口定位盘10的转动盘7的指定位置处(光束中心与指针中轴线对齐)，如图4所示。

4、利用激光发射器测量激光发射器到第一反光片4的距离，驱动转动盘转过与原先记录的相应的度数，分别对2,3，...，N号反光片以及孔底基准点进行测量。间隔合适的时间进行下一次测量，对比得出前后两(多)次各测点距离的差值，也就是所求位移或变形。

岩石地层多点位移激光测量装置主要包括反光片、孔口定位盘10及激光发射器8，反光片根据设计要求粘结在在钻孔的不同深度和不同方位角度处，本实施例中，第一反光片4为基准反光片，还包括第二反光片5、第三反光片6。孔口定位盘10由刻度盘9和转动盘7组成，刻度盘9固定于孔口的围岩2上，转动盘7可绕钻孔中轴线在刻度盘9的平面上转动。激光发射器8安装在孔口定位盘10上。使用的激光发射器8可发射激光、捕捉反射回来的激光并附加计算显示距离功能，设有数个，同时对不同的测点进行测量。刻度盘9的0刻度与作为基准的第一反光片4对齐，记录基准反光片以外的反光片与基准的反光片的环向夹角，将转动盘7转动相应的角度即可测量对应的其它反光片及孔底基准点。

Claims (9)

1.一种岩石地层多点位移激光测量方法，其特征在于，该方法利用激光测量岩石地层多点位移或变形，在小口径钻孔孔壁的不同深度和不同方位角度的测量点处粘贴反光片，在孔口安装孔口定位盘，在孔口定位盘上安装激光发射器，通过激光发射器可测量出激光发射器到反光片、孔底基准点的距离，用激光发射器到孔底基准点的距离减去激光发射器到反光片的距离可得到反光片到孔底基准点的距离，每隔一定时间测量记录一次该距离，对比得出前后两次的距离差值即得所求位移或变形。

2.根据权利要求1所述的一种岩石地层多点位移激光测量方法，其特征在于，每隔一天测量记录一次反光片到孔底基准点的距离。

3.根据权利要求1所述的一种岩石地层多点位移激光测量方法，其特征在于，所述的小口径钻孔的孔径小于100mm。

4.一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，该装置包括反光片、孔口定位盘及激光发射器，

所述的反光片根据设计要求粘结在钻孔的不同深度和不同方位角度处，

所述的孔口定位盘由刻度盘和转动盘组成，所述的刻度盘固定于孔口岩壁，所述的转动盘可绕钻孔中轴线在刻度盘平面上转动，

所述的激光发射器在使用时安装在孔口定位盘上，使用完毕可卸下随身携带以用于下一钻孔的测量。

5.根据权利要求4所述的一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，所述的激光发射器可发射激光、捕捉反射回来的激光并附加计算显示距离功能。

6.根据权利要求4或5所述的一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，所述的激光发射器设有数个，同时对不同的测点进行测量。

7.根据权利要求4所述的一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，所述的转动盘自动化驱动或机械驱动。

8.根据权利要求4所述的一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，所述的反光片设有数个，粘结在钻孔的不同深度和不同方位角度处，一次可完成不同深度的多个测点的测量。

9.根据权利要求4所述的一种岩石地层多点位移激光测量装置，其特征在于，所述的刻度盘的0刻度与作为基准的反光片对齐，记录基准反光片以外的反光片与基准的反光片的环向夹角，将转动盘转动相应的角度即可测量对应的其它反光片及孔底基准点。