CN108387210A - 一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法 - Google Patents

一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法 Download PDF

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丁若松
刘洪亮
周宗青
王美霞
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张猛
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Abstract

本发明公开了一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法,系统包括反光片、激光测距仪、数据传输单元和数据处理单元,其中,所述反光片设置于隧道的不稳定围岩内壁上,激光测距仪布设在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上,激光测距仪测量与反光片之间角度和距离,并通过数据传输单元传输给数据处理单元,计算得出拱顶沉降。

Description

一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法。
背景技术
铁路隧道的开采、施工和使用过程中,隧道围岩变形是围岩应力分布、整体力学形态变化和稳定状态最直接和可靠的反映,围岩净空位移的测量是隧道施工过程中一个重要环节,是判断围岩稳定性和指导施工的重要依据。对隧道围岩变形进行及时的监测和分析预报成为铁路隧道施工中保证施工安全、防止事故发生、合理确定隧道支护的十分重要的工作。
目前隧道监测方法主要有几种:收敛量计(仪)测量法精度可靠,但对于大断面隧道需要在平台车上工作,操作相对不便;相对三维位移观测法和绝对三维位移观测法可迅速测出相对变形和绝对变形值,前者可以自由设站,后者可在控制点上设站,但不能实时连续观测。自由设站时,虽增强了对场地的适应性,但所需测回增多,且洞内观测时间随观测点的增多而增加,可能影响施工。固定设站时,虽减少了测回,但需建立观测墩,降低了对场地的适应性,增加了费用,且可能给施工带来不便。他们共同的特点是不能实时监控、成本高等。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出了一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统及方法,本发明通过在隧道的不稳定围岩内壁上布置反光片,在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上布置云服务激光测距仪,通过激光测距仪测得与反光片之间角度和距离,进而计算得出拱顶沉降。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,包括反光片、激光测距仪、数据传输单元和数据处理单元,其中,所述反光片设置于隧道的不稳定围岩内壁上,激光测距仪布设在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上,激光测距仪测量与反光片之间角度和距离,并通过数据传输单元传输给数据处理单元,计算得出拱顶沉降。
在隧道内每间隔一定距离设定一个监测断面,每个监测断面的拱顶布置一个反光片。
所述数据传输单元利用蓝牙传输方式将激光测距仪上测量数据实时传输到移动终端。
所述激光测距仪通过wifi联网可将数据传输到云端服务器,在远程的施工伙伴通过用户端实时共享测量数据。
所述数据处理单元根据收集到的变形位移监测数据自动分析,当所述不稳定围岩内壁的变形位移值达到或超过条件设计值时,所述数据处理单元将通过一报警系统发出报警信号。
基于上述系统的工作方法,在隧道内每间隔一定距离设定一个监测断面,每个监测断面的拱顶布置一个反光片,采集各个反光片距离激光测距仪的角度和距离,通过角度和距离计算出各个监测点的高程并存入数据库内,具体包括原始值、本次变化值以及累计变化值;每次的测量值与初始值的差值为沉降累计变化值,两次测量值之差为沉降本次变化值。
结构收敛报警值为±5mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明能实时监控施工隧道拱顶的沉降情况从而发出预警信息,监控系统具有高精度、自动化、网络化等优势,该系统能用于隧道施工安全、防止事故发生。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的侧立面示意图;
图2为本发明的正立面示意图;
图3为本发明的俯视图;
图4为本发明中监测系统框架图;
其中,1、激光测距仪,2、固定支座,3、移动终端,4、云端服务器,5、用户端计算机系统,6、报警系统。
具体实施方式:
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中,术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词,并非特指本发明中任一部件或元件,不能理解为对本发明的限制。
本发明中,术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解,表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员,可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义,不能理解为对本发明的限制。
本申请提出了一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,具体包括激光测距仪1、固定支座2、移动终端3、云端服务器4、用户端计算机系统5、报警系统6。通过在隧道的不稳定围岩内壁上布置反光片,在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上布置云服务激光测距仪,通过激光测距仪测得与反光片之间角度和距离,进而计算得出拱顶沉降。
监测系统通过蓝牙将激光测距仪上测量数据实时传输到移动终端如手机、平板电脑上;通过wifi联网可将数据传输到云端服务器,在远程的施工伙伴通过用户端实时共享测量数据。
计算机系统根据收集到的变形位移监测数据自动分析,当所述不稳定围岩内壁的变形位移值达到或超过条件设计值时,所述计算机系统将通过一报警系统发出报警信号。
本实施例涉及一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其原理在于通过在隧道的不稳定围岩内壁上布置反光片,在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上布置云服务激光测距仪,通过激光测距仪测得与反光片之间角度和距离。通过蓝牙将激光测距仪上测量数据实时传输到移动终端如手机、平板电脑上;通过wifi联网可将数据传输到云端服务器,在远程的施工伙伴通过用户端实时共享测量数据。用户端计算机系统根据收集到的变形位移监测数据自动分析,通过计算得出拱顶沉降,当所述不稳定围岩拱顶的变形位移值达到或超过条件设计值时,所述计算机系统将通过一报警系统发出报警信号。
如图2所示,以下为本实时测量隧道拱顶沉降的监测系统的具体工作步骤:
①在隧道内每间隔一定距离设定一个监测断面,每个监测断面的拱顶布置一个反光片,通过固定支座1将激光测距仪2固定在隧道的稳定围岩内壁上后,直接用激光测距仪2测量到各监测点的角度和距离。
②通过蓝牙统一将各监测断面的监测数据传输至移动终端3,移动终端3通过wifi将监测数据无线传输至云端服务器4上,之后进行数据处理,具体为通过角度和距离计算出该点的高程并存入数据库内,通过网页实时更新发布,具体为原始值、本次变化值以及累计变化值;每次的测量值与初始值的差值为沉降累计变化值,两次测量值之差为沉降本次变化值。
③所述计算机系统5根据收集到的变形位移监测数据自动分析,当所述不稳定围岩内壁的变形位移值达到或超过条件设计值时,所述计算机系统将通过一报警系统6发出报警信号。
④结构收敛报警值为±5mm,当净空变化速度持续大于5.0mm/d时,围岩内壁处于急剧变形状态,应加强围岩内壁的初期支护系统,报警系统发出报警信号,且所述报警系统信号灯亮黄灯;当净空变化速度小于0.2mm/d时,围岩内壁基本达到稳定,报警系统不报警,且所述报警系统信号灯全亮。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其特征是:包括反光片、激光测距仪、数据传输单元和数据处理单元,其中,所述反光片设置于隧道的不稳定围岩内壁上,激光测距仪布设在隧道已开挖面的稳定围岩内壁上,激光测距仪测量与反光片之间角度和距离,并通过数据传输单元传输给数据处理单元,计算得出拱顶沉降。
2.如权利要求1所述的一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其特征是:在隧道内每间隔一定距离设定一个监测断面,每个监测断面的拱顶布置一个反光片。
3.如权利要求1所述的一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其特征是:所述数据传输单元利用蓝牙传输方式将激光测距仪上测量数据实时传输到移动终端。
4.如权利要求1所述的一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其特征是:所述激光测距仪通过wifi联网可将数据传输到云端服务器,在远程的施工伙伴通过用户端实时共享测量数据。
5.如权利要求1所述的一种用于实时测量隧道拱顶沉降的监测系统,其特征是:所述数据处理单元根据收集到的变形位移监测数据自动分析,当所述不稳定围岩内壁的变形位移值达到或超过条件设计值时,所述数据处理单元将通过一报警系统发出报警信号。
6.基于如权利要求1-5中任一项所述的系统的工作方法,其特征是:在隧道内每间隔一定距离设定一个监测断面,每个监测断面的拱顶布置一个反光片,采集各个反光片距离激光测距仪的角度和距离,通过角度和距离计算出各个监测点的高程并存入数据库内,具体包括原始值、本次变化值以及累计变化值;每次的测量值与初始值的差值为沉降累计变化值,两次测量值之差为沉降本次变化值。
7.如权利要求6所述的工作方法,其特征是:结构收敛报警值为±5mm。
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