CN108895965B - 隧道横断面轴向位移监测设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于岩土工程监测技术领域，提供了一种隧道横断面轴向位移监测设备、系统及方法，包括：至少两个透明玻璃装置、至少两个反光装置、第一固定装置、隔开装置和第二固定装置；至少两个透明玻璃装置设置在隧道横断面各层；至少两个反光装置封存在透明玻璃装置的顶端，用于标记隧道横断面的坐标位置；第一固定装置设置在透明玻璃装置的两侧，用于将透明玻璃装置固定在隧道横断面各层；隔开装置设置在相邻透明玻璃装置之间，用于将相邻的透明玻璃装置隔开；第二固定装置设置在位于最下层的透明玻璃装置的底部，用于将透明玻璃装置固定在隧道边墙位置，通过获取至少两个反光装置在不同时刻的坐标值来判断隧道各层是否发生轴向位移。

Description

隧道横断面轴向位移监测设备、系统及方法

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其涉及一种隧道横断面轴向位移监测设备、系统及方法。

背景技术

隧道工程是我国应用最为广泛的工程之一，在多山地区尤为重要，然而这些工程环境之中的应力条件极为复杂，若不全面多角度分析应力状况，很难保证隧道工程的整体安全与正常使用。对已建成隧道或正在建设的隧道的横断面变形、应力的检测技术已经非常成熟，但是由于考虑到深埋隧道的应力复杂性，往往伴随着沿隧道轴线方向的推力使隧道衬砌与围岩间发生较大的相对位移，而这些位移有可能会影响到隧道的结构安全。因此，在隧道施工的过程中需要实时掌握隧道横断面轴向位移情况。

而现有技术中，隧道横断面的位移监测方法主要是通过在隧道横断面上安装多点位移计，但是这种方法获得的位移值会有较大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种隧道横断面轴向位移监测设备、系统及方法，以解决现有技术中隧道横断面位移检测精度不高的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种隧道横断面轴向位移监测设备，包括：至少两个透明玻璃装置、至少两个反光装置、第一固定装置、隔开装置和第二固定装置；所述至少两个透明玻璃装置分别设置在隧道横断面各层；所述至少两个反光装置封存在透明玻璃装置的顶端，用于标记隧道横断面的坐标位置；所述第一固定装置设置在透明玻璃装置的两侧位置，用于将各个透明玻璃装置固定在隧道横断面各层；所述隔开装置设置在相邻透明玻璃装置之间，用于将相邻的透明玻璃装置隔开；所述第二固定装置设置在位于最下层的透明玻璃装置的底部，用于将位于最下层的透明玻璃装置固定在隧道边墙位置。

可选的，所述反光装置为反光片，所述反光片分别设置在各个透明玻璃装置顶端的不同位置。

可选的，所述第一固定装置为双向反力螺栓。

可选的，所述隔开装置为垫板。

可选的，所述第二固定装置包括：反向固定支撑板和支撑板固定螺栓；所述反向固定支撑板设置在下层的透明玻璃装置的底部，所述支撑板固定螺栓将所述反向固定支撑板与隧道边墙固定连接。

本发明实施例的第二方面提供了一种隧道横断面轴向位移监测系统，包括：上述隧道横断面轴向位移监测设备、GPS定位装置和光电观测装置；

所述隧道横断面轴向位移监测设备设置于隧道的待检测位置，用于获取隧道各层标记点的坐标信息；

所述GPS定位器设置于隧道外部，用于获取隧道外定位点的坐标信息；

所述光电观测装置设置于隧道内的路面观测点，用于获取隧道内路面观测点的坐标信息，并根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系，并获取隧道各层标记点在所述平面直角坐标系中的坐标信息。

可选的，所述光电观测装置还包括：照明模块，用于准确获取隧道横断面轴向位移监测设备检测的坐标信息。

本发明实施例的第三方面提供了一种隧道横断面轴向位移监测方法，包括：

在各个透明玻璃装置顶部粘贴反光装置，在相邻透明玻璃装置之间安装隔开装置，在各个透明玻璃装置两侧安装第一固定装置，在位于下层的透明玻璃装置的底部安装第二固定装置，完成隧道横断面轴向位移监测设备的组装；

将组装完成的隧道横断面轴向位移监测设备钳固至隧道的待检测位置；

选取与隧道的待检测位置对应的隧道内路面位置并进行打桩，建立隧道内路面观测点并获取隧道内路面观测点的坐标信息，设置光电观测装置；

选取与隧道内路面观测点对应的隧道外位置并进行打桩，建立隧道外定位点并设置GPS定位器，通过GPS定位器获取隧道外定位点的坐标信息；

根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系；

获取隧道横断面轴向位移监测设备中不同时刻至少两个反光装置在平面直角坐标系中的坐标值，根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移。

可选的，所述至少两个透明玻璃装置分别固定于隧道各层并随隧道各层做同步位移。

可选的，所述根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移，包括：

当检测到相同的两个反光装置前一时刻的坐标差与后一时刻的坐标差不等时，则反光装置所处的隧道层面发生相对轴向位移；

当检测到前一时刻与后一时刻同一反光装置的坐标发生变化时，则反光装置所处的隧道层面发生绝对轴向位移。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过将至少两个反光装置分别设置在至少两个透明玻璃装置内，并将透明玻璃装置分别设置在隧道横断面的各层，并通过第一固定装置将透明玻璃装置固定在横断面的各层，通过第二固定装置将透明玻璃装置固定在隧道边墙，通过隔开装置将相邻的透明玻璃装置隔开，从而当隧道各层发生位移时，透明玻璃装置会跟随隧道各层发生移动，从而通过不同时刻反光装置的坐标值来判断隧道横断面是否发生位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的隧道横断面轴向位移监测设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的隧道横断面轴向位移监测设备的剖面图；

图3是本发明实施例提供的隧道横断面轴向位移测量示意图；

1、透明玻璃装置；2、反光装置；3、第一固定装置；4、隔开装置；5、第二固定装置。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

请一并参见图1和图2，示出了本发明实施例提供的隧道横断面轴向位移监测设备，所述设备包括：至少两个透明玻璃装置1、至少两个反光装置2、第一固定装置3、隔开装置4和第二固定装置5；至少两个透明玻璃装置1分别设置在隧道横断面各层；至少两个反光装置2封存在透明玻璃装置1的顶端，用于标记隧道横断面的坐标位置；第一固定装置3设置在透明玻璃装置1的两侧位置，用于将各个透明玻璃装置1固定在隧道横断面各层；隔开装置4设置在相邻透明玻璃装置之间，用于将相邻的透明玻璃装置隔开；第二固定装置5设置在位于最下层的透明玻璃装置1的底部，用于将位于最下层的透明玻璃装置1固定在隧道边墙位置。

在本实施例中，通过隧道横断面轴向位移监测设备能够判断隧道各层是否发生位移。所述设备包括至少两个透明玻璃装置1，其中透明玻璃装置1的个数与所要检测的隧道层面有关，当待检测隧道层面为两层时，则透明玻璃装置1的个数设置为两个即可；当待检测的隧道层面为三层时，则透明玻璃装置1的个数设置为三个，并将各个透明玻璃装置1分别设置在隧道的不同层面。在透明玻璃装置的内部还设置有反光装置2，其中，反光装置2设置在透明玻璃装置1的顶端，并且反光装置2的个数与透明玻璃装置1的个数相同。通过设置反光装置2可以对隧道横断面的位置进行标记。例如：当检测隧道横断面两层之间是否发生位移时，可以获取T1时刻两个反光装置2分别对应的坐标值，计算其坐标差值，再获取T2时刻两个反光装置2分别对应的坐标值以及坐标差值，根据两个时刻的坐标差值是否发生变化即可判断待检测的隧道横断面两层是否发生相对位移。

此外，在隧道横断面轴向位移监测设备中还设置有第一固定装置3、隔开装置4和第二固定装置5，其中第一固定装置3设置在透明玻璃装置1的两侧位置，通过第一固定装置3可以将透明玻璃装置1固定在隧道相应的层面，并使得透明玻璃装置1随隧道层面的移动而移动，从而能够实时获取隧道的位移情况。其中隔开装置4设置在相邻透明玻璃装置1之间，并将相邻的透明玻璃装置隔离开，从而避免透明玻璃装置1在跟随隧道各层发生移动时产生划痕，从而保证测量结果的准确性。其中，第二固定装置5设置在下层透明玻璃装置1的底部，用于将下层透明玻璃装置1固定在隧道边墙，从而确保位移监测能够实现。

可选的，所述反光装置2为反光片，所述反光片分别设置在各个透明玻璃装置1顶端的不同位置。

在本实施例中，通过利用反光片的反光原理，将照射到发光片的光原路返回，从而获取反光片的坐标信息。此处还需要将反光片设置在各个透明玻璃装置1的不同位置，例如：当采用两个透明玻璃装置1和两个反光片检测相邻两层隧道轴向位移时，可以将一个反光片设置在透明玻璃装置1的顶端左侧位置，而将另一个反光片设置在另一个透明玻璃装置1的顶端右侧位置，从而可以使得在获取反光片的位置信息时不受其它反光片位置的影响。

可选的，所述第一固定装置3为双向反力螺栓。

在本实施例中，将第一固定装置3设置为双向反力螺栓，所述透明玻璃装置1通过双向反力螺栓与隧道的各层的结构直接进行接触，可以跟随隧道各层左右移动，从而能够获取隧道各层的发生的位移。

可选的，所述隔开装置4为垫板。

在本实施例中，所述隔开装置4可以设置为垫板，使用垫板一方面可以使得相邻的透明玻璃装置1在移动时不会发生划痕；另一方面，使用垫板产生的摩擦力较小，不会对透明玻璃装置1发生的位移产生影响，从而保证获取的反光装置2的坐标位置能够准确地反映隧道层面的位移。

可选的，所述第二固定装置5包括：反向固定支撑板和支撑板固定螺栓；所述反向固定支撑板设置在下层的透明玻璃装置1的底部，所述支撑板固定螺栓将所述反向固定支撑板与隧道边墙固定连接。

在本实施例中，通过第二固定装置5将下层透明玻璃装置1与隧道的边墙固定连接。具体的，可以通过反向固定支撑板来支撑透明玻璃装置1，通过支撑板固定螺栓可以将所述反向固定支撑板与隧道边墙连接。

本发明实施例通过将至少两个反光装置分别设置在至少两个透明玻璃装置内，并将透明玻璃装置分别设置在隧道横断面的各层，并通过第一固定装置将透明玻璃装置固定在横断面的各层，通过第二固定装置将透明玻璃装置固定在隧道边墙，通过隔开装置将相邻的透明玻璃装置隔开，从而当隧道各层发生位移时，透明玻璃装置会跟随隧道各层发生移动，从而通过不同时刻反光装置的坐标值来判断隧道横断面是否发生位移，通过反光片发生的位移来获取隧道层面发生的位移，具有检测精度高的优点。

实施例二

参见图3，本实施例提供了一种隧道横断面轴向位移监测系统，所述系统包括：隧道横断面轴向位移监测设备301、GPS定位装置和302光电观测装置303；

所述隧道横断面轴向位移监测设备301设置于隧道的待检测位置，用于获取隧道各层标记点的坐标信息；

所述GPS定位器302设置于隧道外部，用于获取隧道外定位点的坐标信息；

所述光电观测装置303设置于隧道内的路面观测点，用于获取隧道内路面观测点的坐标信息，并根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系，并获取隧道各层标记点在所述平面直角坐标系中的坐标信息。

在本实施例中，隧道横断面轴向位移监测系统包括隧道横断面轴向位移监测设备301、GPS定位器302和光电观测装置303。通过隧道横断面轴向位移监测设备301中的反光装置能够记录待检测的两层隧道发生的位移；通过GPS定位器302能够获取隧道外定位点的坐标信息；通过光电观测装置303可以对隧道内路面观测点进行定位并获取隧道内路面观测点的坐标信息，再据隧道内路面观测点和隧道外路面观测点的连线，来确定坐标系的纵轴，再根据纵轴的方向建立坐标系的横轴，从而建立了平面直角坐标系。在建立平面直角坐标系后，可以通过光电观测装置303获取隧道横断面轴向位移监测设备中反光装置在坐标系中的坐标位置。根据不同时刻相同的两个反光装置的坐标信息，就可以判断两个反光装置所在的隧道层面是否发生位移。

可选的，所述光电观测装置303还包括照明模块，用于准确获取隧道横断面轴向位移监测设备301检测的坐标信息。

在本实施例中，所述光电观测装置303通过设置照明模块有助于光电观测装置303快速准确的获取反光装置的位置点，从而获取反光装置准确的位置信息。

上述隧道横断面轴向位移监测系统，通过设置隧道横断面轴向位移监测设备301来获取隧道各层的坐标信息，通过GPS定位器302来获取隧道外定位点的坐标信息，通过设置在隧道内的路面观测点的光电观测装置303，确定一个平面直角坐标系，进而通过光电观测装置303来读取隧道横断面轴向位移监测设备301中反光片的坐标信息，根据获取的反光片的坐标信息来判断隧道横断面各层是否发生位移，其中反光片设置在透明玻璃装置内，因此采集的数据能够反映隧道各层的变化，具有检测精度高的特点。

实施例三

请一并参阅图2和图3，本实施例还提供了一种隧道横断面轴向位移监测方法，所述方法包括：

在各个透明玻璃装置1顶部粘贴反光装置2，在相邻透明玻璃装置1之间安装隔开装置4，在各个透明玻璃装置1两侧安装第一固定装置3，在位于下层的透明玻璃装置1的底部安装第二固定装置5，完成隧道横断面轴向位移监测设备301的组装；

将组装完成的隧道横断面轴向位移监测设备301钳固至隧道的待检测位置；

选取与隧道的待检测位置对应的隧道内路面位置并进行打桩，建立隧道内路面观测点并获取隧道内路面观测点的坐标信息，设置光电观测装置303；

选取与隧道内路面观测点对应的隧道外位置并进行打桩，建立隧道外定位点并设置GPS定位器302，通过GPS定位器302获取隧道外定位点的坐标信息；

根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系；

获取隧道横断面轴向位移监测设备301中不同时刻至少两个反光装置2在平面直角坐标系中的坐标值，根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移。

在本实施例中，可以采用上述隧道横断面轴向位移监测系统来判断隧道横断面各层是否发生位移，并获取隧道横断面发生的位移大小。具体方法为：组装隧道横断面轴向位移监测设备301，将反光装置2粘贴在透明玻璃装置1的顶端位置，并在两个透明玻璃装置1之间放置隔开装置4，在透明玻璃装置1的两侧安装第一固定装置3，在下层透明玻璃装置1的底部安装第二固定装置5，从而实现隧道横断面轴向位移监测设备301的组装。在将隧道横断面轴向位移监测设备301组装完成后，将其钳固至隧道的待检测的位置。在与隧道待检测位置相对应的隧道内路面上选取一点作为隧道内路面观测点，进行打桩并设置光电观测装置301，获取隧道内路面观测点的坐标信息。其中光电观测装置301也称为全站仪，通过光电观测装置301可以读取反光片的坐标信息。

在选取隧道内路面观测点后，接着选取与隧道内路面观测点对应的隧道外位置并进行打桩，并在所述隧道外定位点设置GPS定位器302，通过GPS定位器302获得隧道外定位点的坐标信息，此外，还可以通过在隧道外定位点设置棱镜，使得光电观测装置303来确定隧道外的定位点。根据获取的隧道内路面观测点的坐标信息与隧道外定位点的坐标信息确定一个平面直角坐标系。在获取平面直角坐标系后，通过光电观测装置303获取不同时刻反光片在所述平面直角坐标系中的坐标信息，并通过获取不同时刻反光片的坐标差来判断隧道横断面各层是否发生相对位移。

可选的，所述至少两个透明玻璃装置1分别固定于隧道各层并随隧道各层做同步位移。

在本实施例中，所述横断面的各层在发生位移时，设置在该层的透明玻璃装置1也会同时发生位移，同时透明玻璃装置1中的反光装置2也会发生相应的移动，从而获取的反光装置2的坐标信息就是相应隧道横断面各层的坐标信息，通过对坐标信息的分析就能判断隧道各层面是否发生位移。

可选的，所述根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移，包括：

当检测到相同的两个反光装置2前一时刻的坐标差与后一时刻置的坐标差不等时，则反光装置2所处的隧道层面发生相对轴向位移；

当检测到前一时刻与后一时刻同一反光装置2的坐标发生变化时，则反光装置2所处的隧道层面发生绝对轴向位移。

在本实施例中，获取两个相同的反光装置2的坐标信息，进而获取其同一时刻的坐标差。两个反光装置2在前一时刻的坐标差为(Δx1,Δy1)，而在后一时刻两个反光装置2的坐标差为(Δx2,Δy2)时，则可以判断待检测的隧道横断面的两层发生了相对轴向位移。相反的，当前一时刻的坐标差值与后一时刻的坐标差值相同时，则待检测的隧道横断面的两层均发生了相同的位移或均未发生位移，此时，可以通过前一时刻与后一时刻的坐标是否发生变化来判断是否发生绝对位移。当前一时刻与后一时刻同一反光装置2坐标发生变化，则反光装置2所处的隧道层面发生绝对轴向位移。

上述隧道横断面轴向位移监测方法通过先组装隧道横断面轴向位移监测设备，再将所述隧道横断面轴向位移监测设备设置在待检测位置，进而选取隧道内的路面观测点并获取隧道内路面观测点的坐标信息，在隧道内路面观测点架设光电观测装置，以及选取隧道外的位置作为隧道外定位点，并设置GPS定位器，从而使得光电观测装置获取隧道外定位点的坐标值，根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息确定一个平面直角坐标系，再获取隧道横断面轴向位移监测设备中不同时刻至少两个反光装置在平面直角坐标系中的坐标值，从而根据坐标值来判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移，通过记录反光片的坐标信息来获取隧道横断面各层的位移信息，具有检测精度高的特点，检测方法快速简便。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道横断面轴向位移监测设备，其特征在于，包括：至少两个透明玻璃装置、至少两个反光装置、第一固定装置、隔开装置和第二固定装置；所述至少两个透明玻璃装置分别设置在隧道横断面各层；所述至少两个反光装置封存在透明玻璃装置的顶端，用于标记隧道横断面的坐标位置；所述第一固定装置设置在透明玻璃装置的两侧位置，用于将各个透明玻璃装置固定在隧道横断面各层，使得透明玻璃装置随隧道层面的移动而移动；所述隔开装置设置在相邻透明玻璃装置之间，用于将相邻的透明玻璃装置隔开；所述第二固定装置设置在位于最下层的透明玻璃装置的底部，用于将位于最下层的透明玻璃装置固定在隧道边墙位置。

2.如权利要求1所述的隧道横断面轴向位移监测设备，其特征在于，所述反光装置为反光片，所述反光片分别设置在各个透明玻璃装置顶端的不同位置。

3.如权利要求1所述的隧道横断面轴向位移监测设备，其特征在于，所述第一固定装置为双向反力螺栓。

4.如权利要求1所述的隧道横断面轴向位移监测设备，其特征在于，所述隔开装置为垫板。

5.如权利要求1-4任一项所述的隧道横断面轴向位移监测设备，其特征在于，所述第二固定装置包括：反向固定支撑板和支撑板固定螺栓；所述反向固定支撑板设置在下层的透明玻璃装置的底部，所述支撑板固定螺栓将所述反向固定支撑板与隧道边墙固定连接。

6.一种隧道横断面轴向位移监测系统，其特征在于，包括：上述权利要求1-4任一项所述的隧道横断面轴向位移监测设备、GPS定位装置和光电观测装置；

所述隧道横断面轴向位移监测设备设置于隧道的待检测位置，用于获取隧道各层标记点的坐标信息；

所述GPS定位器设置于隧道外部，用于获取隧道外定位点的坐标信息；

所述光电观测装置设置于隧道内的路面观测点，用于获取隧道内路面观测点的坐标信息，并根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系，并获取隧道各层标记点在所述平面直角坐标系中的坐标信息。

7.如权利要求6所述的隧道横断面轴向位移监测系统，其特征在于，所述光电观测装置还包括：照明模块，用于准确获取隧道横断面轴向位移监测设备检测的坐标信息。

8.一种基于权利要求6或7所述系统的隧道横断面轴向位移监测方法，其特征在于，包括：

在各个透明玻璃装置顶部粘贴反光装置，在相邻透明玻璃装置之间安装隔开装置，在各个透明玻璃装置两侧安装第一固定装置，在位于下层的透明玻璃装置的底部安装第二固定装置，完成隧道横断面轴向位移监测设备的组装；

将组装完成的隧道横断面轴向位移监测设备钳固至隧道的待检测位置；

选取与隧道的待检测位置对应的隧道内路面位置并进行打桩，建立隧道内路面观测点并获取隧道内路面观测点的坐标信息，设置光电观测装置；

选取与隧道内路面观测点对应的隧道外位置并进行打桩，建立隧道外定位点并设置GPS定位器，通过GPS定位器获取隧道外定位点的坐标信息；

根据隧道内路面观测点的坐标信息和隧道外定位点的坐标信息建立平面直角坐标系；

获取道横断面轴向位移监测设备中不同时刻至少两个反光装置在平面直角坐标系中的坐标值，根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移。

9.如权利要求8所述的隧道横断面轴向位移监测方法，其特征在于，所述至少两个透明玻璃装置分别固定于隧道各层并随隧道各层做同步位移。

10.如权利要求8或9所述的隧道横断面轴向位移监测方法，其特征在于，所述根据坐标值判断隧道横断面轴向是否发生轴向位移，包括：

当检测到相同的两个反光装置前一时刻的坐标差与后一时刻的坐标差不等时，则反光装置所处的隧道层面发生相对轴向位移；

当检测到前一时刻与后一时刻同一反光装置的坐标发生变化时，则反光装置所处的隧道层面发生绝对轴向位移。

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