CN103983246A - 一种测量隧道全断面变形的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量隧道全断面变形的方法及装置，该方法在隧道断面上布置三个以上的支点，在相邻支点之间设置连杆，实时监测连杆的伸缩变形和倾角变化，以此判断整个隧道断面的变形情况。该装置包括若干个支点和连杆，支点沿着隧道断面依次排列布置，相邻支点之间设有连杆，连杆的两端铰接于支点上；于每根连杆上的其中一端设置倾角传感器，用来监测该连杆的倾角变化；于连杆上的另外一端设置位移传感器，用来监测该连杆的伸缩变形。本发明具有结构简单、施工便利、适合于全自动监测等优点。

Description

一种测量隧道全断面变形的方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到工程结构体的监测技术领域，特指一种适用于隧道断面变形测量的方法及装置。

背景技术

隧道监测是保证隧道施工和运营安全的重要手段之一。隧道结构在破坏前，断面通常有大变形发生。因此，隧道断面变形量是隧道结构安全监测的基本指标之一。

目前，现有监测隧道断面变形的方法一般为“周边收敛监测方法”，即都是针对隧道断面上某个点进行量测，这种方式并不能反映隧道断面整体变形的情况，并且需要定期进行人工测量，无法实现全自动监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、施工便利、适合于全自动监测的测量隧道全断面变形的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种测量隧道全断面变形的方法，在隧道断面上布置三个以上的支点，在相邻所述支点之间设置连杆，实时监测连杆的伸缩变形和倾角变化，以此判断整个隧道断面的变形情况。

作为本发明方法的进一步改进：三个以上的所述支点沿着隧道的全断面排列设置，形成对整个隧道全断面的变形监控。

作为本发明方法的进一步改进：沿着隧道的全断面上，每个全断面上布置8～10个支点。

作为本发明方法的进一步改进：于每根所述连杆上的其中一端设置倾角传感器，用来监测该连杆的倾角变化；于所述连杆上的另外一端设置位移传感器，用来监测该连杆的伸缩变形。

作为本发明方法的进一步改进：在进行测量时，具体步骤为：

(1)通过测量得到各根连杆的伸缩量Δl_i和连杆之间的夹角变化量Δα_i；

(2)设定位于隧道断面上最下方的支点为参考点，其位移值为零，那么从参考点出发，各个支点的位移可由下式计算得到：

$x_n=x_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\cos ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

$y_n=y_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\sin ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

其中，xn为第n个支点的水平位移；y_n为第n个支点的竖向位移；l_n和Δl_n为第n-1个支点和第n个支点之间连杆的初始长度和伸缩量；α_n和Δα_n为第n-1个支点和第n个支点之间连杆的初始夹角和夹角变化量；

(3)收集上述得到的各个支点的位移变化，判断出隧道全断面的变形情况。

本发明进一步提供一种测量隧道全断面变形的装置，包括若干个支点和连杆，所述支点沿着隧道断面依次排列布置，相邻所述支点之间设有连杆，所述连杆的两端铰接于支点上；于每根连杆上的其中一端设置倾角传感器，用来监测该连杆的倾角变化；于连杆上的另外一端设置位移传感器，用来监测该连杆的伸缩变形。

作为本发明装置的进一步改进：所述倾角传感器和位移传感器将监测到的实时数据传送给信号采集器、控制器、或上位机。

作为本发明装置的进一步改进：所述支点与连杆之间通过铰接头相连。

作为本发明装置的进一步改进：所述支点通过紧固连接件固定在隧道断面的衬砌内壁上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的测量隧道全断面变形的方法及装置，结构简单、施工便利、适合于全自动监测，可以方便地同时监测各个支点的位移，进而反映隧道断面的整体变形情况，并且利用采集系统可以实施自动监测，设置了报警值后还可以实现大变形自动报警。

附图说明

图1是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。

图2是本发明在具体应用实例中连杆的结构原理示意图。

图例说明：

1、支点；2、连杆；3、铰接头；4、位移传感器；5、倾角传感器；6、信号采集器。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的一种测量隧道全断面变形的方法，是在隧道断面上布置三个以上的支点1，相邻支点1之间设置连杆2，实时监测连杆2的伸缩变形和倾角变化，以此判断整个隧道断面的变形情况。

进一步，三个以上的支点1沿着隧道的全断面排列设置，从而形成对整个隧道全断面的变形监控。

本实施例中，于每根连杆2上的其中一端设置倾角传感器5，用来监测该连杆2的倾角变化，于连杆2上的另外一端设置位移传感器4，用来监测该连杆2的伸缩变形。

在进行测量时：

首先，通过测量可以得到各根连杆2的伸缩量Δl_i和连杆2之间的夹角变化量Δα_i；

其次，设定位于隧道断面上最下方的支点1为参考点，其位移值为零。那么，从参考点出发，各个支点1的位移可由下式计算得到：

$x_n=x_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\cos ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

$y_n=y_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\sin ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

其中，x_n为第n个支点1的水平位移；y_n为第n个支点1的竖向位移；l_n和Δl_n为第n-1个支点1和第n个支点1之间连杆2的初始长度和伸缩量；α_n和Δα_n为第n-1个支点1和第n个支点1之间连杆2的初始夹角和夹角变化量。

接下来，可以收集上述得到的各个支点1的位移变化，从而判断出隧道全断面的变形情况，以便对隧道断面的结构体做出正确的安全判断。

如图1和图2所示，本发明进一步提供一种测量隧道全断面变形的装置，包括若干个支点1和连杆2，支点1沿着隧道断面依次排列布置，相邻支点1之间设有连杆2，连杆2的两端铰接于支点1上。于每根连杆2上的其中一端设置倾角传感器5，用来监测该连杆2的倾角变化，于连杆2上的另外一端设置位移传感器4，用来监测该连杆2的伸缩变形。倾角传感器5和位移传感器4将监测到的实时数据传送给信号采集器6、或控制器(图中未示)、或上位机(图中未示)，完成实时数据的采样和收集。利用倾角传感器5和位移传感器4的实时数据可以判断出连杆2的位移改变，进而对隧道全断面的变形做出判断。

本实施例中，支点1与连杆2之间通过铰接头3相连。

本实施例中，支点1采用锚钉(或其他连接固定件)固定在隧道衬砌内壁上，每个衬砌断面可布置8～10个支点1，连杆2采用不锈钢杆，铰接头3必须保证连杆2能够自由转动，光滑无摩擦；位移传感器4的测量范围为±20mm，测量精度为±0.5％；倾角传感器5的测量精度为±0.5％。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种测量隧道全断面变形的方法，其特征在于，在隧道断面上布置三个以上的支点(1)，在相邻所述支点(1)之间设置连杆(2)，实时监测连杆(2)的伸缩变形和倾角变化，以此判断整个隧道断面的变形情况。

2.根据权利要求1所述的测量隧道全断面变形的方法，其特征在于，三个以上的所述支点(1)沿着隧道的全断面排列设置，形成对整个隧道全断面的变形监控。

3.根据权利要求2所述的测量隧道全断面变形的方法，其特征在于，沿着隧道的全断面上，每个全断面上布置8～10个支点(1)。

4.根据权利要求1或2或3所述的测量隧道全断面变形的方法，其特征在于，于每根所述连杆(2)上的其中一端设置倾角传感器(5)，用来监测该连杆(2)的倾角变化；于所述连杆(2)上的另外一端设置位移传感器(4)，用来监测该连杆(2)的伸缩变形。

5.根据权利要求1或2或3所述的测量隧道全断面变形的方法，其特征在于，在进行测量时，具体步骤为：

(1)通过测量得到各根连杆(2)的伸缩量Δl_i和连杆(2)之间的夹角变化量Δα_i；

(2)设定位于隧道断面上最下方的支点(1)为参考点，其位移值为零，那么从参考点出发，各个支点(1)的位移可由下式计算得到：

$x_n=x_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\cos ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

$y_n=y_{n-1}+(l_n+{\mathrm{\Δl}}_n)\sin ({\mathrm{\α}}_n+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δ\α}}_i)$

其中，x_n为第n个支点(1)的水平位移；y_n为第n个支点(1)的竖向位移；l_n和Δl_n为第n-1个支点(1)和第n个支点(1)之间连杆(2)的初始长度和伸缩量；α_n和Δα_n为第n-1个支点(1)和第n个支点(1)之间连杆(2)的初始夹角和夹角变化量；

(3)收集上述得到的各个支点(1)的位移变化，判断出隧道全断面的变形情况。

6.一种测量隧道全断面变形的装置，其特征在于，包括若干个支点(1)和连杆(2)，所述支点(1)沿着隧道断面依次排列布置，相邻所述支点(1)之间设有连杆(2)，所述连杆(2)的两端铰接于支点(1)上；于每根连杆(2)上的其中一端设置倾角传感器(5)，用来监测该连杆(2)的倾角变化；于连杆(2)上的另外一端设置位移传感器(4)，用来监测该连杆(2)的伸缩变形。

7.根据权利要求6所述的测量隧道全断面变形的装置，其特征在于，所述倾角传感器(5)和位移传感器(4)将监测到的实时数据传送给信号采集器(6)、控制器、或上位机。

8.根据权利要求6或7所述的测量隧道全断面变形的装置，其特征在于，所述支点(1)与连杆(2)之间通过铰接头(3)相连。

9.根据权利要求6或7所述的测量隧道全断面变形的装置，其特征在于，所述支点(1)通过紧固连接件固定在隧道断面的衬砌内壁上。