CN107702638B - 围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法，属于岩土工程监测领域。系统主要包括探测系统和无线定位器两部分，探测系统向埋设在围岩中不同位置的无线定位器发射信号，并对无线定位器反射的反馈信号进行接收并计算，确定各无线定位器的空间位置坐标。使用时，在隧洞开挖前将无线定位器通过钻孔安装在围岩内部指定位置，并用锚固剂固定，而后通过开挖前后多次监测数据对比，计算出无线定位器的空间坐标变化，从而获得无线定位器所在位置围岩的空间位移。本发明采用无线方式测量，可超前在围岩内部布设监测点，能够获取开挖前后全过程围岩内部位移的数据。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程监测领域，具体地说是一种围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法。
背景技术
随着我国经济社会的发展，隧道、地铁、地下矿井、水电硐室等修建越来越多，更多的工程处于复杂多变的地质条件，随之面临的开挖、支护问题也越来越突出，比如软岩的大变形、围岩稳定性分析和二次支护时机选择等问题。准确测量围岩的表面和内部位移，把握围岩变形规律，是做好支护设计的重要依据，对于工程安全来说非常重要。
针对上述问题，现有的常用处理方法是采用多点位移计监测围岩内部位移，如申请号为201610986473.2的发明专利公开了一种煤矿巷道围岩深部多点位移计。但是，多点位移计在使用过程中存在一些不足，较为集中的体现在以下三点。（1）围岩的弹性变形在开挖瞬时完成，而多点位移计是在开挖完成后埋设，只能测得开挖完成后的围岩变形数据，而不能记录开挖瞬时的围岩变形位移；在很多工程中存在爆破掘进、喷浆、铺金属网等工序，由于常规多点位移计需要安装外部观测机构，而该机构既要避免爆破和喷浆导致的破坏，又不能影响金属网的铺设，所以常规多点位移计的安装只能进一步滞后于开挖；上述两方面决定了采用常规多点位移计测得的数据缺少前期数据，只是开挖导致围岩变形数据的部分而不是全部，对于分析问题存在局限性。（2）由上述分析可知，若要采用常规多点位移计测量开挖导致的掌子面前方围岩位移则更是无法实施。（3）一个多点位移计只能测量一个方向的位移，很难获取围岩的空间变形数据。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法，该监测系统及使用方法能够准确测量围岩变形位移量。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法，其特征在于：包括无线定位器和探测系统。
所述的无线定位器为安装有微型电路的圆柱形元件，并配带有电池。
所述的微型电路具有单一编号，可对探测系统发射出的无线信号做出特定反馈，据此区分不同无线定位器，具有绝对辨识度。
所述的探测系统包括：底座，信号发射器，信号接收器，探测臂，通讯线和主机。
所述的底座为可调平底座，用于将信号发射器、探测臂和信号接收器固定在三脚架上并进行调平。
所述的信号发射器安装在底座内，位于三个探测臂的交点处，可发出无线信号。
所述的探测臂安装在底座上，可伸缩、折叠，三个探测臂完全打开后呈两两正交状态。
所述的信号接收器固定在探测臂上，通过伸长探测臂增大三个信号接收器之间的距离。信号接收器能接收无线定位器反馈的的特定频率的信号，接收到的三组数据通过通讯线输入主机进行处理。
所述的主机具有控制、计算和显示功能，可控制信号发射器和信号接收器，并利用三点定位原理对接收到的三组无线信号进行分析计算，由此精确定位每个无线定位器的三维坐标，并将计算结果呈现在显示器上。主机配带电源，为探测系统提供电力。
所述的三脚架可调节高度，保证在对同一监测断面无线定位器的测量中，每次安装完成后探测器坐标和绝对标高保持一致。
本发明解决其技术问题的技术方案还包括：一种使用方法，包括以下步骤：
步骤（1）：根据监测要求及隧道开挖面尺寸计算所需无线定位器数量和位置；
步骤（2）：根据步骤（1）计算结果在指定位置钻孔并安装无线定位器，不同钻孔间同一开挖面处无线定位器安装完成后所在平面与开挖面平行；
步骤（3）：无线定位器安装完成后用锚固剂对钻孔进行封堵；
步骤（4）：专业人员由基准点或控制点选取安放探测系统的定点，保证在对同一监测断面无线定位器的测量中，每次安装完成后探测器坐标和绝对标高保持一致，避免由于施工、底臌等因素造成的影响；
步骤（5）：打开探测系统，首先获取无线定位器的初始坐标；然后在隧道开挖及后续施工过程中，根据监测要求，每掘进一定距离采集一次无线定位器的坐标，从而计算得到各无线定位器所在位置围岩的位移。
本发明的有益效果是：
1. 监测系统在开挖前安装，可超前探测围岩变形，对开挖及运营全过程进行监测；
2. 每一个定位器可以获取的围岩位移均为三维的；
3. 无线定位器可对接收到的无线信号作出特定反馈，具有绝对辨识度；
4. 监测系统既可用于施工现场又可用于实验室。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明或现有技术描述中所需要使用的附图进行介绍。
图1为本发明在隧道中安装使用的纵剖示意图；
图2为本发明在隧道中安装使用的横截面示意图；
图3为图1中A点详图；
图4为围岩开挖变形全过程监测系统三维定位原理图。
图中：1-无线定位器，2-底座，3-探测臂，4-信号发射器，5-信号接收器，6-通讯线，7-主机， 8-三脚架，9-钻孔，10-锚固剂，11-开挖面，12-围岩。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，围岩开挖变形全过程监测系统及使用方法，其特征在于：包括无线定位器1和探测系统。
所述的无线定位器1为安装有微型电路的圆柱形元件，并配带有电池。
所述的微型电路具有单一编号，可对探测系统发射出的无线信号做出特定反馈，据此区分不同无线定位器1，具有绝对辨识度。
所述的探测系统包括：底座2，信号发射器4，信号接收器5，探测臂3，通讯线6和主机7。
所述的底座2为可调平底座，用于将信号发射器4、探测臂3和信号接收器5固定在三脚架8上并进行调平。
所述的信号发射器4安装在底座2内，位于三个探测臂3的交点处，可发出无线信号。
所述的探测臂3安装在底座2上，可伸缩、折叠，三个探测臂3完全打开后呈两两正交状态。
所述的信号接收器5固定在探测臂3上，通过伸长探测臂3增大三个信号接收器5之间的距离。信号接收器5能接收无线定位器1反馈的的特定频率的信号，接收到的三组数据通过通讯线6输入主机7进行处理。
所述的主机7具有控制、计算和显示功能，可控制信号发射器4和信号接收器5，并利用三点定位原理对接收到的三组无线信号进行分析计算，由此精确定位每个无线定位器1的三维坐标，并将计算结果呈现在显示器上。主机7配带电源，为探测系统提供电力。
所述的三脚架8可调节高度，保证在对同一监测断面无线定位器1的测量中，每次安装完成后底座2的坐标和绝对标高保持一致。
本发明的使用方法，包括以下步骤：
步骤（1）：根据监测要求及隧道开挖面11尺寸计算所需无线定位器1数量和位置；
步骤（2）：根据步骤（1）计算结果在指定位置钻孔并安装无线定位器1，不同钻孔9间同一开挖面11处无线定位器1安装完成后所在平面与开挖面11平行；
步骤（3）：无线定位器1安装完成后用锚固剂10对钻孔9进行封堵；
步骤（4）：专业人员由基准点或控制点选取安放探测系统的定点，保证在对同一监测断面无线定位器1的测量中，每次安装完成后探测系统底座2坐标和绝对标高保持一致，避免由于施工、底臌等因素造成的影响；
步骤（5）：打开探测系统，首先获取无线定位器1的初始坐标；然后在隧道开挖及后续施工过程中，根据监测要求，每掘进一定距离采集一次无线定位器1的坐标，从而计算得到各无线定位器1所在位置围岩的位移。
Claims (1)
1.一种围岩开挖变形全过程监测方法，其特征在于：利用围岩开挖变形全过程监测系统来进行，所述监测系统包括无线定位器和探测系统，所述的无线定位器为安装有微型电路的圆柱形元件，并配带有电池，所述的微型电路具有单一编号，能够对探测系统发射出的无线信号做出特定反馈，据此区分不同无线定位器，具有绝对辨识度，所述的探测系统包括：底座，信号发射器，信号接收器，探测臂，通讯线和主机，所述的底座为可调平底座，用于将信号发射器、探测臂和信号接收器固定在三脚架上并进行调平，所述的信号发射器安装在底座内，位于三个探测臂的交点处，能够发出无线信号，所述的探测臂安装在底座上，能够伸缩、折叠，三个探测臂完全打开后呈两两正交状态，所述的信号接收器固定在探测臂上，通过伸长探测臂增大三个信号接收器之间的距离；信号接收器能接收无线定位器反馈的特定频率的信号，接收到的三组数据通过通讯线输入主机进行处理，所述的主机具有控制、计算和显示功能，能够控制信号发射器和信号接收器，并利用三点定位原理对接收到的三组无线信号进行分析计算，由此精确定位每个无线定位器的三维坐标，并将计算结果呈现在显示器上；主机配带电源，为探测系统提供电力，所述的三脚架能够调节高度，保证在对同一监测断面无线定位器的测量中，每次安装完成后探测器坐标和绝对标高保持一致；
监测方法包括以下步骤：
步骤（1）：根据监测要求及隧道开挖面尺寸计算所需无线定位器数量和位置；
步骤（2）：根据步骤（1）计算结果在指定位置钻孔并安装无线定位器，不同钻孔间同一开挖面处无线定位器安装完成后所在平面与开挖面平行；
步骤（3）：无线定位器安装完成后用锚固剂对钻孔进行封堵；
步骤（4）：专业人员由基准点或控制点选取安放探测系统的定点，保证在对同一监测断面无线定位器的测量中，每次安装完成后探测器坐标和绝对标高保持一致，避免由于施工、底臌因素造成的影响；
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