CN109681275A - 一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法以及监测报警系统，其包括第一固定螺栓，第二固定螺栓，第三固定螺栓，第一激光光源，第二激光光源，第一光敏位移传感器以及第二光敏位移传感器；信号处理系统接收第一光敏位移传感器以及第二光敏位移传感器的信号后，确定监测点的实时变形位移值；本发明的监控报警方法以及监测报警系统能够隧道施工过程中加强对其变形的监测对提高施工的安全性，保证施工的质量和进度具有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及IPC分类号为E21F 17/18的技术领域的隧道信号装置以及报警装置，尤其是涉及一种隧道施工围岩变形连续监控报警的信号报警监测方法以及检测系统。
背景技术
隧道是一种埋置在地层内的地下建筑物，广泛应用于城市地铁和穿山越岭、越江的铁路、公路及水利等工程，给我们的日常生活带来了极大的便利。由于隧道具有缩短交通空间距离、对环境影响较小等优点，因此在穿山跨海的交通路线或城市轨道路线建设中常常会修建大量的隧道。
然而，由于隧道处于复杂的地质条件环境，隧道工程施工具有一定的复杂性，再加上自然环境和运营条件的变化，以及各种气候及人为因素的影响，导致隧道洞室产生收敛变形，收敛过大会影响到隧道施工的安全，甚至发生重大人员伤亡、经济财产损失、影响面广的恶性安全事故。因此，隧道施工过程中加强对其变形的监测对提高施工的安全性，保证施工的质量和进度具有十分重要的意义。
目前，传统的收敛计、水准测量等测量方法有明显的缺点：耗时长、量测质量不稳定、人为误差大、对施工干扰大、测量速度慢、易受周围环境的影响等，己难满足现代隧道技术的要求。三维激光扫描技术日臻成熟，但将其用于隧道变形监测，设备费用高昂，后处理时间过长，实时性较差，不便于实际应用。
隧道施工中，围岩变形分为3个阶段：在断面开挖初期，并且距离开挖面较近，围岩变形剧烈；随着喷射混凝土的固化和其他支护系统发挥作用，收敛变形逐渐减小；当断面距离开挖面超过2倍洞径，空间效应基本消除，收敛变形速度趋缓，围岩处于稳定阶段。现有技术中，为了实现隧道围岩变形的实时监测，通过隧道内的不稳定围岩上安装固定探测器或者光源，在隧道稳定围岩上设置对应的光源或者探测器，通过探测器检测到的位移信息确定不稳定围岩的变形数据。然而，其需要将探测器或者光源设置于稳定围岩，其余需要监测的开挖面围岩距离较远，而信号光在传输过程中会发生散射、收到背景光影响等，导致探测器的检测精度受到影响。为了减小传输距离，可以将光源和探测器的距离缩短，但是这样会导致其位于不稳定围岩或者次稳定围岩，由于光源或者探测器的围岩变形导致探测器的结果不准确。
为了解决上述问题，在先申请提出一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法以及监测系统，其通过在不稳定围岩设置固定光源的第一螺栓，能够缩短光源和探测器的距离，从而提高检测结果的准确性。然而，其技术方案中第一螺栓设置于不稳定围岩的顶部，沉降变形较大。
发明内容
本发明提供一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法以及监测系统，能够进一步提高围岩测量结果的检测精度。
作为本发明的一个方面，一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法，包括如下步骤：（1）根据隧道施工进程，确定选择围岩监测断面，并布置断面监测点；（2）确定与围岩监测断面距离最近的隧道的围岩稳定区域；（3）在断面监测点设置第二固定螺栓；（4）在围岩稳定区域对应于断面监测点的位置设置第三固定螺栓；（5）在第二固定螺栓和第三固定螺栓连线之间设置第一固定螺栓；（6）在第二固定螺栓设置第一光敏位移传感器，在第三固定螺栓设置第二光敏位移传感器；（7）在第一固定螺栓设置第一激光光源和第二激光光源，所述第一激光光源发出照射第一光敏位移传感器的第一激光，所述第二激光光源发出照射第二光敏位移传感器的第二激光；（8）信号处理系统接收第一光敏位移传感器以及第二光敏位移传感器的信号后，确定监测点的实时变形位移值；（9）信号处理系统根据监测点的实时变形位移值，确定是否进行报警；所述步骤（5）中，所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓和第三固定螺栓连线中点在隧道基础地面的投影点。
优选的，所述第一固定螺栓，第二固定螺栓以及第三固定螺栓不在同一直线上。
优选的，所述第一激光与地面的夹角大于30度，所述第二激光与地面的夹角大于30度。
优选的，所述第一固定螺栓所处断面的基础沉降量小于围岩变形量。
优选的，所述围岩监测断面为隧道开挖面。
优选的，所述围岩稳定区域距离所述围岩监测断面大于两倍洞径。
优选的，所述信号处理系统根据第二光敏位移传感器的信号，确定第一固定螺栓的绝对位移；根据第一固定螺栓的绝对位移以及第一光敏传感器的信号，确定第二固定螺栓的决定位移，从而确定监测点的实时变形位移值。
优选的，所述步骤(1)中设置多个断面监测点。
优选的，所述步骤（9）中，信号处理系统根据监测点在实时变形位移值大于位移阈值时，给出第一报警信号。
优选的，所述步骤（9）中，所述信号处理系统还存储各个时刻的位移值，计算单位时间的变形位移变化值，在单位时间的变形位移变化值大于阈值时，给出第二报警信号。
作为本发明的另外一个方面，提供用于上述方法的隧道施工围岩变形连续监控报警方法的隧道施工围岩变形连续监控报警系统，包括：第一固定螺栓，所述第一固定螺栓用于安装激光光源；第二固定螺栓，所述第二固定螺栓用于安装第一光敏位移传感器；所述第二固定螺栓设置于监测点，所述监测点设置于不稳定围岩；第三固定螺栓，所述第三固定螺栓设置于稳定围岩，所述第三固定螺栓设置第二光敏位移传感器；所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓以及第三固定螺栓之间；所述激光光源包括第一激光光源以及第二激光光源，所述第一激光光源发出照射第一光敏位移传感器的第一激光，所述第二光源发出照射第二光敏位移传感器的第二激光；信号处理系统接收第一光敏位移传感器以及第二光敏位移传感器的信号后，确定监测点的实时变形位移值；所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓和第三固定螺栓连线中点在隧道基础地面的投影点。
优选的，所述信号处理系统根据监测点在实时变形位移值大于位移阈值时，给出第一报警信号。
优选的，所述信号处理系统还存储各个时刻的位移值，计算单位时间的变形位移变化值，在单位时间的变形位移变化值大于阈值时，给出第二报警信号。
优选的，所述第一固定螺栓固定位置的围岩稳定性介于第二固定螺栓固定位置的围岩稳定性和第三固定螺栓固定位置的围岩稳定性之间。
优选的，所述第一固定螺栓所处断面的围岩为不稳定围岩。
附图说明
图1是本发明实施例的隧道施工围岩变形连续监控报警系统示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，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，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的隧道施工围岩变形连续监控报警系统，参见图1，包括第一固定螺栓10，第二固定螺栓20，第三固定螺栓30，第一激光光源11，第二激光光源12，第一光敏位移传感器21以及第二光敏位移传感器31。
在隧道施工过程中，根据隧道施工进程，确定选择围岩监测断面，并布置断面监测点；其中围岩监测断面位于需要监测的不稳定围岩，其可以是开挖面或者开挖面附加的断面。在围岩监测断面的监测点设置第二固定螺栓20，其可以是一个也可以是多个，其可以设置于监测断面的顶点，还可以设置于检测断面两侧的监测点如22，23。第二固定螺栓20用于安装第一光敏位移传感器21，第一光敏位移传感器21可以确定接收的照射光的位置，用于确定第二固定螺栓20的位移，从而确定监测点的位移。
根据监测断面的位置确定与监测断面距离最近的围岩稳定区域，该围岩稳定区域距离检测断面的距离可以是例如2倍隧道洞径。在与围岩监测点对应的围岩稳定区域的断面位置设置第三固定螺栓30，第三固定螺栓30的数量对应于第二固定螺栓20的数量。第三固定络酸30用于安装第二光敏位移传感器31，第二光敏位移传感器31可以确定接收的照射光的位置。由于第三固定螺栓30位于围岩稳定区域，其位置是固定的，根据第二光敏位移传感器31的信号，能够确定照射光源的位移信息。
第一固定螺栓10设置于第二固定螺栓20和第三固定螺栓30连线中点在隧道基础地面的投影点。第一固定螺栓10固定位置的围岩稳定性介于第二固定螺栓固定位置的围岩稳定性和第三固定螺栓固定位置的围岩稳定性之间。由于第一固定螺栓10所处断面的基础沉降量小于围岩变形量，将其设置于基础地面上，其在监测过程中的位移较小，因此能够减小第一固定螺栓10位移导致的测量误差。
第一固定螺栓10用于安装激光光源，激光光源包括第一激光光源11以及第二激光光源12，第一激光光源11发出照射第一光敏位移传感器21的第一激光，第二激光光源12发出照射第二光敏位移传感器31的第二激光。第一激光与地面的夹角大于30度，第二激光与地面的夹角大于30度。第一光敏位移传感器21以及第二光敏位移传感器31的信号通过有线或者无线传输装置传送到信号处理系统。
信号处理系统接收第一光敏位移传感器21以及第二光敏位移传感器31的信号后，根据第二光敏位移传感器31的信号，确定第一固定螺栓10的绝对位移；根据第一固定螺栓10的绝对位移以及第一光敏位移传感器21的信号，确定第二固定螺栓20的绝对位移，从而确定监测点的实时变形位移值。信号处理系统在监测点的实时变形位移值大于位移阈值时，给出第一报警信号。优选的，信号处理系统还存储各个时刻的位移值，计算单位时间的变形位移变化值，在单位时间的变形位移变化值大于阈值时，给出第二报警信号。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种隧道施工围岩变形连续监控报警方法，包括如下步骤：（1）根据隧道施工进程，确定选择围岩监测断面，并布置断面监测点；（2）确定与围岩监测断面距离最近的隧道的围岩稳定区域；（3）在断面监测点设置第二固定螺栓；（4）在围岩稳定区域对应于断面监测点的位置设置第三固定螺栓；（5）在第二固定螺栓和第三固定螺栓连线之间设置第一固定螺栓；（6）在第二固定螺栓设置第一光敏位移传感器，在第三固定螺栓设置第二光敏位移传感器；（7）在第一固定螺栓设置第一激光光源和第二激光光源，所述第一激光光源发出照射第一光敏位移传感器的第一激光，所述第二激光光源发出照射第二光敏位移传感器的第二激光；（8）信号处理系统接收所述第一光敏传感器以及所述第二光敏传感器的信号后，确定监测点的实时变形位移值；（9）信号处理系统根据监测点的实时变形位移值，确定是否进行报警；其特征在于：所述步骤（5）中，所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓和第三固定螺栓连线中点在隧道基础地面的投影点。
2.根据权利要求1所述的隧道施工围岩变形连续监控报警方法，其特征在于：所述第一固定螺栓，第二固定螺栓以及第三固定螺栓不在同一直线上。
3.根据权利要求1所述的隧道施工围岩变形连续监控报警方法，其特征在于：所述第一激光与地面的夹角大于30度，所述第二激光与地面的夹角大于30度。
4.根据权利要求1所述的隧道施工围岩变形连续监控报警方法，其特征在于：所述第一固定螺栓所处断面的基础沉降量小于围岩变形量。
5.一种用于权利要求1所述的隧道施工围岩变形连续监控报警方法的隧道施工围岩变形连续监控报警系统，包括：第一固定螺栓，所述第一固定螺栓用于安装激光光源；第二固定螺栓，所述第二固定螺栓用于安装第一光敏位移传感器；所述第二固定螺栓设置于监测点，所述监测点设置于不稳定围岩；第三固定螺栓，所述第三固定螺栓设置于稳定围岩，所述第三固定螺栓设置第二光敏位移传感器；所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓以及第三固定螺栓之间；所述激光光源包括第一激光光源以及第二激光光源，所述第一激光光源发出照射第一光敏位移传感器的第一激光，所述第二光源发出照射第二光敏位移传感器的第二激光；信号处理系统接收第一光敏位移传感器以及第二光敏位移传感器的信号后，确定监测点的实时变形位移值；其特征在于：所述第一固定螺栓设置于第二固定螺栓和第三固定螺栓连线中点在隧道基础地面的投影点。
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