CN109736895A - 一种隧道变形预警监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道变形预警监测系统，涉及隧道施工领域，主要实现隧道施工中全过程监控存在的隐患及监控量测关注点，包括全站仪检测模块、罗盘仪检测模块及人机交互模块，全站仪检测模块和罗盘仪检测模块分别与人机交互模块相连，全站仪检测模块包括全站仪，全站仪的标称精度不小于2±2ppm，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，施测时设站点与监测点距离控制在100米范围以内，本发明还公开了一种隧道监控量测方法，通过本发明掌握初支变形，指导现场施工，保障施工安全；通过隧道监控量测信息化管理，保证监测数据的真实性和及时性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体是一种隧道变形预警监测系统。
背景技术
隧道中常存在的隐患及量测关注点，如隧道洞口段、燕尾段、下穿红线渠段落、岩爆和破碎带为城烟隧道施工的主要安全隐患，可能发生掉块、塌方、地表裂缝、冒顶等；
又如，通常隧道地质构造及水文地质条件复杂，不良地质包括岩溶与岩岩爆、危岩落石、高地应力等。因此隧道进出口洞口段、斜井洞口段、斜井进正洞三岔口地段、横通道与正洞交叉地段、断层破碎带、岩溶区和高地应力区是隧道施工存在的主要隐患，也需要作为监控量测关注点。
这些监控量测关注点需要进行实时监控，否则出现危险时会带来不可估量的损失，因此，提出一种隧道变形预警监测系统，能够实时进行监控量测，保证施工安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道变形预警监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种隧道变形预警监测系统，一种隧道变形预警监测系统，包括全站仪检测模块、罗盘仪检测模块及人机交互模块，全站仪检测模块和罗盘仪检测模块分别与人机交互模块相连，全站仪检测模块包括全站仪，全站仪的标称精度不小于2±2ppm，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，但当设站点与监测点距离增大时，测量中误差会逐步增大，因此，施测时设站点与监测点距离不宜过大，应控制在100米范围以内，同时保障测试环境的其他要求；
罗盘仪检测模块用来对洞内、洞外观察检测，罗盘仪均间隔设置于全线隧道中；
全站仪检测模块用来检测拱顶下沉、净空变化、地表沉降，全站仪也均匀间隔设置于全线隧道中，且于隧道浅埋段有构(建)筑物、等级道路等情况也设有全站仪；
人机交互模块为电脑，用于上传数据，同时用于电脑在网络平台上建立了数据端。
作为本发明进一步的方案：一种隧道监控量测方法，包括实施例1所述的隧道变形预警监测系统，具体方法如下：
S1、洞内、外观察；
S11、洞内开挖面观察：开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比，此项工作由地质预报单位或专业地质工程师进行整理；
S12、洞内已施工地段观察：喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态；
S2、监控量测工作；
S21、监控量测点埋设；
S22、地表沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露1～2cm，四周用混凝土填实。测点一般采用直径20～30mm，长50～100cm，顶部为斜面贴反光膜片或平面中心设置标记；
S3、数据采集上传；
S4、数据分析处理及预警。
作为本发明进一步的方案：步骤S12中，主要观察内容如下：
a、初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否开裂和剥落；
b、拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象；
c、拱架或围岩有无异响。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建(构)筑物进行观察。
作为本发明进一步的方案：步骤S21中，拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行，同时需要满足以下要求：
测点埋设要求：采用直径不小于20mm的螺纹钢，长20-30cm，尾端(隧道洞内方向)进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片(不小于1cm×1cm)。
标识要求：测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品。
保护要求：测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏；现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中。
破坏与松动处理要求：如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。
作为本发明进一步的方案：步骤S3中，每天定时对隧道内各断面量测数据进行采集，在监控量测中，监测站点为全站仪设于隧道中线附近的适当位置，采用极坐标坐标测量的方法，直接对不同口岸侧断面上的各监测点标志进行观测，获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标，再利用各监测点的空间三维坐标，间接计算得到同一断面上各监测点间的相对位置关系，并通过比较不同监测周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道施工期间的围岩净空收敛及拱顶下沉变化量；此外，观测时还应注意以下事项：
a进洞观测前与隧道施工单位取得联系预定观测时间，观测时间尽量选择在拼装钢架或出渣后1小时进行，初始读数在开挖后12小时内完成，观测期间应停止干扰观测的施工工序；
b数据采集后及时3小时内上传；
c观测前仪器设备的常规检校；仪器进入洞内后开箱适应洞内温度20～30分钟，修正温度和气象参数；
d用激光进行指向监控标志，观测时用强光电筒对监控标志进行照明，以利于仪器精确照准反射膜片的十字中心；
e数据的采集必须进行数据的复核，及时进行数据分析，如有异常情况查明原因及时汇报；
f建立数据复核审查制度，保证测量数据的准确性和真实性；
作为本发明进一步的方案：步骤S4中，包括预警处理和资料闭合，预警处理中，绿色为正常施工；出现黄色预警监测预报综合部立即报告，加密观测；出现红色预警监测预报立即启动应急预案，停止施工并撤出洞内施工人员，并上报，再现场勘查研究处理措施，直到按处理措施实施且围岩稳定后，撤销预警，正常施工；资料闭合为：每日对数据进行分析，围岩稳定后在平台上下载分析成果，分为每周周报和每月月报，通过系统平台能够上下载分析成果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)掌握初支变形，指导现场施工，保障施工安全；
2)验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性，为调整支护参数和施工方法提供参考；
3)确认二次衬砌施做时间；
4)为动态设计提供参考；
5)通过隧道监控量测信息化管理，保证监测数据的真实性和及时性。
附图说明
图1为本发明中全站仪自由测站非接触监测示意图。
图中：1-监测断面，2-监测站点。
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。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例中，一种隧道变形预警监测系统，包括全站仪检测模块、罗盘仪检测模块及人机交互模块，全站仪检测模块和罗盘仪检测模块分别与人机交互模块相连，全站仪检测模块包括全站仪，全站仪的标称精度不小于2±2ppm，自由设站非接触进行监测能满足测试精度要求，但当设站点与监测点距离增大时，测量中误差会逐步增大，因此，施测时设站点与监测点距离不宜过大，应控制在100米范围以内，同时保障测试环境的其他要求。
进一步的，罗盘仪检测模块用来对洞内、洞外观察检测，罗盘仪均间隔设置于全线隧道中。
进一步的，全站仪检测模块用来检测拱顶下沉、净空变化、地表沉降，全站仪也均匀间隔设置于全线隧道中，且于隧道浅埋段有构(建)筑物、等级道路等情况也设有全站仪。
进一步的，人机交互模块为电脑，用于上传数据，同时用于电脑在网络平台上建立了数据端。
实施例2
一种隧道监控量测方法，包括实施例1所述的隧道变形预警监测系统，具体方法如下：
S1、洞内、外观察；
S11、洞内开挖面观察：开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比，此项工作由地质预报单位或专业地质工程师进行整理；
S12、洞内已施工地段观察：喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形等工作状态，主要观察内容如下：
a、初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况的描述和记录，要特别注意喷混凝土是否开裂和剥落；
b、拱架或格栅钢架有无扭曲变形、整体下沉等现象；
c、拱架或围岩有无异响；
洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建(构)筑物进行观察；
S2、监控量测工作；
S21、监控量测点埋设；
进行点位埋设，拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行，同时需要满足以下要求：
测点埋设要求：采用直径不小于20mm的螺纹钢，长20-30cm，尾端(隧道洞内方向)进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片(不小于1cm×1cm)；
标识要求：测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌，及时记录展示相关信息，监测点上严禁悬挂物品；
保护要求：测点及时进行布设，并做好保护，防止破坏；现场监测与施工必须紧密配合，施工现场应提供监测工作时间，保证监测工作的正常进行，监测测点的埋设计划应列入工程施工进度控制计划中；
破坏与松动处理要求：如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数；
S22、地表沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露1～2cm，四周用混凝土填实，测点一般采用直径20～30mm，长50～100cm，顶部为斜面贴反光膜片或平面中心设置标记；
S3、数据采集上传；
每天定时对隧道内各断面量测数据进行采集，在监控量测中，监测站点2为全站仪设于隧道中线附近的适当位置，采用极坐标坐标测量的方法，直接对不同口岸侧断面1上的各监测点标志进行观测，获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标，再利用各监测点的空间三维坐标，间接计算得到同一断面上各监测点间的相对位置关系，并通过比较不同监测周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道施工期间的围岩净空收敛及拱顶下沉变化量，如图1所示；
此外，观测时还应注意以下事项：
a进洞观测前与隧道施工单位取得联系预定观测时间，观测时间尽量选择在拼装钢架或出渣后1小时进行，初始读数在开挖后12小时内完成，观测期间应停止干扰观测的施工工序；
b数据采集后及时3小时内上传；
c观测前仪器设备的常规检校；仪器进入洞内后开箱适应洞内温度20～30分钟，修正温度和气象参数；
d用激光进行指向监控标志，观测时用强光电筒对监控标志进行照明，以利于仪器精确照准反射膜片的十字中心；
e数据的采集必须进行数据的复核，及时进行数据分析，如有异常情况查明原因及时汇报；
f建立数据复核审查制度，保证测量数据的准确性和真实性；
S4、数据分析处理及预警；
对每天数据上传后的数据进行观察和分析，如出现预警及时预警响应，主要包括预警处理和资料闭合；
S41、预警处理；
绿色为正常施工；出现黄色预警监测预报综合部立即报告，加密观测；出现红色预警监测预报立即启动应急预案，停止施工并撤出洞内施工人员，并上报，再现场勘查研究处理措施，直到按处理措施实施且围岩稳定后，撤销预警，正常施工；
S42、资料闭合；
每日对数据进行分析，围岩稳定后在平台上下载分析成果，分为每周周报和每月月报，通过系统平台能够上下载分析成果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种隧道变形预警监测系统，包括全站仪检测模块、罗盘仪检测模块及人机交互模块，全站仪检测模块和罗盘仪检测模块分别与人机交互模块相连，其特征在于，全站仪检测模块包括全站仪，全站仪的标称精度不小于2±2ppm，施测时设站点与监测点距离控制在100米范围以内；
罗盘仪检测模块用来对洞内、洞外观察检测，罗盘仪均间隔设置于全线隧道中；
全站仪检测模块用来检测拱顶下沉、净空变化、地表沉降，全站仪均匀间隔设置于全线隧道中，且于隧道浅埋段有构筑物、等级道路的情况也设有全站仪。
2.根据权利要求1所述的隧道变形预警监测系统，其特征在于，人机交互模块为电脑，用于上传数据，同时用于电脑在网络平台上建立数据端。
3.一种隧道监控量测方法，包括权利要求1-2任一所述的隧道变形预警监测系统，其特征在于，步骤如下：
S1、洞内、外观察；
S11、洞内开挖面观察：开挖工作面观察应在每次开挖后进行，绘制开挖工作面地质素描图、填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘查资料进行对比；
S12、洞内已施工地段观察：喷射混凝土、钢拱架或格栅钢架变形工作状态；
S2、监控量测工作；
S21、监控量测点埋设；
S22、地表沉降测点埋设时先在地表钻孔，然后埋入沉降测点，外露1～2cm，四周用混凝土填实；测点采用直径20～30mm，长50～100cm，顶部为斜面贴反光膜片或平面中心设置标记；
S3、数据采集上传；
S4、数据分析处理及预警。
4.根据权利要求3所述的隧道监控量测方法，其特征在于，步骤S12中，洞内观察以下内容：
a、初期支护完成后对喷层表面的观察以及裂缝状况、混凝土开裂和剥落情况；
b、拱架或格栅钢架的无扭曲变形、整体下沉的现象；
c、拱架或围岩有无异响；
且洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态及地表水渗漏情况，同时还应对地面建筑物进行观察。
5.根据权利要求4所述的隧道监控量测方法，其特征在于，步骤S21中，拱顶下沉和水平收敛监测采用全站仪配合反射膜片进行，同时需要满足以下要求：
测点埋设要求：采用直径不小于20mm的螺纹钢，长20-30cm，尾端沿隧道洞内方向进行45°斜切形成斜切面或者端部焊接钢板，斜切面处或钢板上面粘贴测量专用反射膜片，反射膜片不小于1cm×1cm；
标识要求：测点布设以后，在测点位置用红色油漆做醒目标识，每个断面左右侧各布设1个标示牌；
保护要求：测点及时进行布设；
破坏与松动处理要求：如果测点被破坏，应在被破坏测点附近补埋，重新进行数据采集；如果测点出现松动，则应及时加固，重新读取初读数。
6.根据权利要求5所述的隧道监控量测方法，其特征在于，步骤S3中，定时对隧道内各断面量测数据进行采集，在监控量测中，监测站点(2)为全站仪设于隧道中线，采用极坐标坐标测量的方法，直接对不同口岸侧断面(1)上的各监测点标志进行观测，获取各监测点在任意站心坐标系下的空间三维坐标，再利用各监测点的空间三维坐标，间接计算得到同一断面上各监测点间的相对位置关系，并通过比较不同监测周期相同监测点间的相对位置关系的差异，来真实反映隧道施工期间的围岩净空收敛及拱顶下沉变化量。
7.根据权利要求6所述的隧道监控量测方法，其特征在于，在进行数据上传观测时，注意事项为：
a进洞观测前与隧道施工单位取得联系预定观测时间，观测时间选择在拼装钢架或出渣后1小时进行，初始读数在开挖后12小时内完成，观测期间停止干扰观测的施工工序；
b数据采集后及时3小时内上传；
c观测前仪器设备的常规检校；仪器进入洞内后开箱适应洞内温度20～30分钟，修正温度和气象参数；
d用激光进行指向监控标志，观测时用强光电筒对监控标志进行照明，以利于仪器精确照准反射膜片的十字中心；
e数据的采集必须进行数据的复核，及时进行数据分析，如有异常情况查明原因及时汇报；
f建立数据复核审查制度。
8.根据权利要求7所述的隧道监控量测方法，其特征在于，步骤S4中，包括预警处理和资料闭合，预警处理中，绿色为正常施工；出现黄色预警监测预报综合部立即报告，加密观测；出现红色预警监测预报立即启动应急预案，停止施工并撤出洞内施工人员，并上报，再现场勘查研究处理措施，直到按处理措施实施且围岩稳定后，撤销预警，正常施工。
9.根据权利要求8所述的隧道监控量测方法，其特征在于，资料闭合为每日对数据进行分析，稳定后在平台上下载分析成果分为每周周报和每月月报。
10.如权利要求3-9任一所述的隧道监控量测方法在隧道施工中的应用。
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