CN108955583A - 一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道掌子面横截面积测量仪，包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱和支撑装置；所述第一控制箱和所述第二控制箱分别设置于所述支撑装置顶部两侧，所述第一控制箱和所述第二控制箱电连接，所述激光测距装置设置于所述第一控制箱与所述第二控制箱之间；所述第一控制箱和所述第二控制箱能够实现数据处理、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；所述激光测距装置能够360°旋转测距；本发明还提供了一种隧道掌子面横截面积的测量方法，在掌子面开挖阶段能够对隧道掌子面进行实时、有效面积的量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

Description

一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法

技术领域

本发明涉及隧道施工测量技术领域，特别是涉及一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法。

背景技术

面积量测一般在掌子面开挖前用全站仪对掌子面进行测量，分析掌子面情况，这样的测量方式不仅测量精度不高，而且不能在施工中不间断进行量测，保证对隧道掌子面进行实时有效的分析，导致隧道掌子面开挖面积出现偏差。而隧道掌子面的超挖或者少挖，均对隧道的安全与成本控制不利，是产生隧道病害的重大隐患。能够实时有效的控制掌子面面积一直是隧道掌子面开挖的发展趋势，不仅能够使隧道开挖后围岩对隧道的应力分布更趋合理，给隧道安全提供保障，而且能够节省超挖后需要在隧道衬砌与岩石之间填充混凝土的成本。

因此，亟需提供一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，在掌子面开挖阶段能够进行实时、有效的面积量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，以解决上述现有技术存在的问题，在掌子面开挖阶段能够对隧道掌子面进行实时、有效的面积量测，并且测量精度高，还能存储、传输相关数据，为后续隧道分析提供数据支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种隧道掌子面横截面积测量仪，包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱和支撑装置；所述第一控制箱和所述第二控制箱分别设置于所述支撑装置顶部两侧，所述第一控制箱和所述第二控制箱电连接，所述激光测距装置设置于所述第一控制箱与所述第二控制箱之间；所述第一控制箱和所述第二控制箱能够实现数据处理、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；所述激光测距装置能够360°旋转测距。

优选地，所述第一控制箱内部设置有数据处理模块、数据储存模块和数据传输模块，所述第二控制箱内部设置有执行模块。

优选地，所述操作面板设置于所述第一控制箱首端，所述操作面板上设置有显示器和操控按钮。

优选地，所述激光测距装置包括两端分别与所述第一控制箱和所述第二控制箱转动连接的激光测距壳体、设置于激光测距壳体内部的两个激光测距仪和相对设置于所述激光测距壳体两侧的两个测距窗，两个所述激光测距仪相对设置，两个所述激光测距仪分别通过其相对的所述测距窗进行测距工作。

优选地，所述激光测距壳体一端与所述第一控制箱之间通过转轴A连接，所述激光测距壳体另一端与所述第二控制箱之间通过转轴B连接，所述第二控制箱内部设置有一驱动电机，所述驱动电机的动力输出端与所述转轴B连接。

优选地，所述第一控制箱或所述第二控制箱内还设置有一报警装置，两个所述激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，所述报警装置内部的电铃响起报警。

优选地，所述第一控制箱内部还设置有一水平动态检测模块，所述水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，所述微型红外探头为圆形探头，所述微型红外探头对准所述圆水准气泡装置的中心圆部分。

优选地，所述支撑装置包括底板和设置于所述底板底部的三角支撑架，所述第一控制箱和所述第二控制箱设置于所述底板顶部。

本发明还提供了一种隧道掌子面横截面积的测量方法，包括以下操作步骤：

1)在隧道掌子面处架起三脚支撑架，利用水平动态检测模块监测是否水平，显示器显示调整量，实时动态调整，直到仪器调平为止；

2)通过操作面板运行测量装置内置程序，执行模块控制驱动电机驱动转轴B转动，并且开启两台激光测距仪，分别按顺时针和逆时针旋转360°对隧道掌子面与围岩交界的外轮廓曲线实时提取；

3)将激光测距仪所得数据传输到数据处理模块中，利用装置内部程序的数学函数数据库对激光测距仪所得的轮廓线的数据进行拟合，得出计算函数；

4)数据处理模块利用极坐标下面积计算公式得出隧道掌子面的面积；

5)两台测距仪分别得出两套数据，在程序上设置一定范围内允许偏差，若超出范围进行报警，允许范围内则取平均值作为隧道掌子面面积计算数据；

6)后续程序自动运行，实时监控隧道开挖面积，实时存储至数据库中，联网状态下进行数据传输。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，能够利用激光测距装置、内部程序进行对隧道掌子面进行分析，从而计算出其面积，隧道掌子面的面积能实时计算得出，数据用两台测距仪获取，相互校正，保证计算精度，为隧道掌子面的施工提供依据，便于及时修正，减少超挖、少挖情况的发生。

2、本发明提供的隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，隧道掌子面的数据可以实时存储、传输，作为设计资料为后续隧道分析、评估提供数据支持，为其他隧道建设方案提供参考。

3、本发明提供的隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，自动化程度较高，能适应恶劣的隧道施工环境，提供较为可靠的数据分析结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明中隧道掌子面横截面积测量仪的立体图；

图2为本发明中隧道掌子面横截面积测量仪底板顶部结构的立体图；

图3为本发明中隧道掌子面横截面积测量仪底板顶部结构的正视图；

图4为本发明中隧道掌子面横截面积测量仪底板顶部结构的后视图；

图中：1-操作面板、2-第一控制箱、3-激光测距装置、4-第二控制箱、5-激光测距壳体、6-测距窗、7-转轴A、8-转轴B、9-底板、10-三角支撑架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种隧道掌子面横截面积测量仪及测量方法，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供一种隧道掌子面横截面积测量仪，如图1、图2所示，包括操作面板1、第一控制箱2、激光测距装置3、第二控制箱4和支撑装置；第一控制箱2和第二控制箱4分别设置于支撑装置顶部两侧，第一控制箱2和第二控制箱4电连接，激光测距装置3设置于第一控制箱2与第二控制箱4之间；第一控制箱2和第二控制箱4能够实现数据处理、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；激光测距装置3能够360°旋转测距。

本实施例中，第一控制箱2内部设置有数据处理模块、数据储存模块和数据传输模块，第二控制箱4内部设置有执行模块；

数据处理模块负责对激光测距仪采集数据进行处理分析；数据储存模块负责数据储存，数据传输模块负责数据的传输；

执行模块则负责控制装置执行操作。

操作面板1设置于第一控制箱2首端，操作面板1上设置有显示器和操控按钮，方便数据输入、输出，实时显示数据，为施工提供参考。

如图3、图4所示，本实施例中的激光测距装置3包括两端分别与第一控制箱2和第二控制箱4转动连接的激光测距壳体5、设置于激光测距壳体5内部的两个激光测距仪和相对设置于激光测距壳体5两侧的两个测距窗6，两个激光测距仪相对设置，两个激光测距仪分别通过其相对的测距窗6进行测距工作；为了实现激光测距装置3能够分别顺时针360°旋转、逆时针360°旋转，对隧道外轮廓线进行扫描采集数据，激光测距壳体5一端与第一控制箱2之间通过转轴A7连接，激光测距壳体5另一端与第二控制箱4之间通过转轴B8连接，第二控制箱4内部设置有一驱动电机，驱动电机的动力输出端与转轴B8连接。

本实施例中，第一控制箱2或第二控制箱4内还设置有一报警装置，两个激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，报警装置内部的电铃响起报警；具体的，两台测距仪经内部线路将数据传输至第一控制箱2，第一控制箱2内部软件程序对数据进行求数据标准差，若超过预设值时，在控制箱操作面板1上弹出窗口，提示错误信息，同时对第一控制箱2或第二控制箱4内部的一报警电路作接通电路操作，电路上连有小型电铃，发出声响提示，持续几秒后，软件程序控制电路断开，停止报警。

第一控制箱2内部还设置有一水平动态检测模块，水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，微型红外探头为圆形探头，微型红外探头对准圆水准气泡装置的中心圆部分；水准气泡只有在完全水平时才能将探头的视野布满，此时探头内部的光传感器转换为电信号将信息传输至控制箱，通过操作面板1显示为水平状态。

本实施例中，支撑装置包括底板9和设置于底板9底部的三角支撑架10，第一控制箱2和第二控制箱4设置于底板9顶部，三角支撑架10能够将整个装置稳定的支撑工作。

基于上述实施例提供的隧道掌子面横截面积测量仪，本发明还提供了一种隧道掌子面横截面积的测量方法，具体操作步骤如下：

1)在隧道掌子面处架起三脚支撑架11，利用水平动态检测模块监测是否水平，显示器显示调整量，实时动态调整，直到仪器调平为止；

2)通过操作面板1运行测量装置内置程序，执行模块控制驱动电机驱动转轴B8转动，并且开启两台激光测距仪，分别按顺时针和逆时针旋转360°对隧道掌子面与围岩交界的外轮廓曲线实时提；

3)将激光测距仪所得数据传输到数据处理模块中，利用装置内部程序的数学函数数据库对激光测距仪所得的轮廓线的数据进行拟合，得出计算函数；

4)数据处理模块利用极坐标下面积计算公式得出隧道掌子面的面积；

5)两台测距仪分别得出两套数据，在程序上设置一定范围内允许偏差，若超出范围进行报警，允许范围内则取平均值作为隧道掌子面面积计算数据；

6)后续程序自动运行，实时监控隧道开挖面积，实时存储至数据库中，联网状态下进行数据传输。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：包括操作面板、第一控制箱、激光测距装置、第二控制箱和支撑装置；所述第一控制箱和所述第二控制箱分别设置于所述支撑装置顶部两侧，所述第一控制箱和所述第二控制箱电连接，所述激光测距装置设置于所述第一控制箱与所述第二控制箱之间；所述第一控制箱和所述第二控制箱能够实现数据处理、数据储存、数据输出和控制装置执行操作；所述激光测距装置能够360°旋转测距。

2.根据权利要求1所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述第一控制箱内部设置有数据处理模块、数据储存模块和数据传输模块，所述第二控制箱内部设置有执行模块。

3.根据权利要求1所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述操作面板设置于所述第一控制箱首端，所述操作面板上设置有显示器和操控按钮。

4.根据权利要求1所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述激光测距装置包括两端分别与所述第一控制箱和所述第二控制箱转动连接的激光测距壳体、设置于激光测距壳体内部的两个激光测距仪和相对设置于所述激光测距壳体两侧的两个测距窗，两个所述激光测距仪相对设置，两个所述激光测距仪分别通过其相对的所述测距窗进行测距工作。

5.根据权利要求4所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述激光测距壳体一端与所述第一控制箱之间通过转轴A连接，所述激光测距壳体另一端与所述第二控制箱之间通过转轴B连接，所述第二控制箱内部设置有一驱动电机，所述驱动电机的动力输出端与所述转轴B连接。

6.根据权利要求4所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述第一控制箱或所述第二控制箱内还设置有一报警装置，两个所述激光测距仪测定的数据差值超出预定值时，所述报警装置内部的电铃响起报警。

7.根据权利要求1所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述第一控制箱内部还设置有一水平动态检测模块，所述水平动态监测模块包括圆水准气泡装置和微型红外线探头，所述微型红外探头为圆形探头，所述微型红外探头对准所述圆水准气泡装置的中心圆部分。

8.根据权利要求1所述的隧道掌子面横截面积测量仪，其特征在于：所述支撑装置包括底板和设置于所述底板底部的三角支撑架，所述第一控制箱和所述第二控制箱设置于所述底板顶部。

9.一种隧道掌子面横截面积的测量方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

1)在隧道掌子面处架起三脚支撑架，利用水平动态检测模块监测是否水平，显示器显示调整量，实时动态调整，直到仪器调平为止；

2)通过操作面板运行测量装置内置程序，执行模块控制驱动电机驱动转轴B转动，并且开启两台激光测距仪，分别按顺时针和逆时针旋转360°对隧道掌子面与围岩交界的外轮廓曲线实时提取；

3)将激光测距仪所得数据传输到数据处理模块中，利用装置内部程序的数学函数数据库对激光测距仪所得的轮廓线的数据进行拟合，得出计算函数；

4)数据处理模块利用极坐标下面积计算公式得出隧道掌子面的面积；

5)两台测距仪分别得出两套数据，在程序上设置一定范围内允许偏差，若超出范围进行报警，允许范围内则取平均值作为隧道掌子面面积计算数据；

6)后续程序自动运行，实时监控隧道开挖面积，实时存储至数据库中，联网状态下进行数据传输。