CN109900210A - 一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，包括设有固定孔的垫板，垫板经连接杆件与圆盘连接，圆盘侧面周身阵列设有多个激光测距传感器，圆盘内部设有凹槽，凹槽中放置有数据采集卡和电源，激光测距传感器、数据采集卡和电源相互连接，还包括有数据处理终端。本发明通过将监测装置固定在隧洞待测围岩位移的横断面上，通过圆盘周身阵列设置多个激光测距传感器采集到其至待测点的距离信号，通过数据处理重点在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点及位移值Q表示在屏幕上，从而快速判断出隧洞围岩的位移情况。

Description

一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统和方法

技术领域

本发明涉及一种岩位移监测及数据后处理系统和方法，特别是一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统和方法。

背景技术

近年来，随着我国隧洞建设事业的快速发展，隧洞修建的技术水平有了明显的提高。但因隧洞围岩受地下水、构造运动、层理及裂隙等多种因素的共同作用，其受力情况极其复杂，判别隧洞围岩体是否稳定一直是人们研究的问题。通过监测隧洞围岩位移变化情况是判定隧洞围岩稳定性的有效方法。目前，用于监测隧洞围岩位移的仪器主有钢尺收敛计、水准仪以及全站仪，因钢尺收敛计是利用钢尺测量隧洞两侧边墙膨胀螺栓的距离，以反映所测截面的收敛情况，导致其测量误差较大；钢尺收敛计、岁准仪以及全站仪在操作过程中都完全依赖人工，费时费力，效率低下。现目前出现了一种利用光纤式位移传感器测定围岩位移的方法，但该法对场地要求比较严格，仅能用于已在运营、地下工程洞壁表面光滑的情况。因此，急需提出一套对场地要求低、效率高、成本低、可实现半自动化操作的隧洞围岩位移监测系统。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统和方法。该系统和方法具有半自动化、对场地要求低、可操作性强、价格低廉、方便拆装且能对监测数据进行快速处理的优点，该系统和方法能绘制出隧洞待测点距隧洞围岩位移监测系统的距离与迭代次数关系的曲线图，通过该曲线图判断出该隧洞围岩是否发生位移。

本发明的技术方案：一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，包括设有固定孔的垫板，垫板经连接杆件与圆盘连接，圆盘侧面周身阵列设有多个激光测距传感器，圆盘内部设有凹槽，凹槽中放置有数据采集卡和电源，激光测距传感器、数据采集卡和电源相互连接，还包括有数据处理终端。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统中，所述连接杆件包括有与垫板表面连接的第一直杆，第一直杆另一端与第一螺杆螺纹连接，第一螺杆固定在曲杆一端，曲杆另一端与第二螺杆螺纹连接，第二螺杆固定在第二直杆一端，第二直杆另一端与圆盘表面连接。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统中，所述第一螺杆和第二螺杆上分别对应设有第一螺母和第二螺母。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统中，所述曲杆上设有竖直水准泡，第二直杆上设有水平水准泡。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统中，所述圆盘侧面周身粘接有双面背胶子母扣毛面，双面背胶子母扣毛面表面粘接有双面背胶子母扣勾面，双面背胶子母扣勾面周身阵列设置有多个激光测距传感器。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统中，放置数据采集卡和电源的凹槽表面设有盖板。

一种隧洞围岩位移监测及数据后处理的方法，通过激光测距传感器依据发射激光信号时与接收信号时的时间差，得到隧洞横断面上各待监测点到激光测距传感器的距离信号，该距离信号经数据采集卡转换后传输至数据处理终端，数据处理终端对信号数据进行处理后，在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点K及位移值Q显示在屏幕上。

前述的隧洞围岩位移监测及数据后处理方法中，所述数据处理终端读取数据采集卡中存储的数据后，得到数据中的最大值L_max与最小值L_min以及待测点的迭代次数n，同时，将待测点k至围岩位移监测系统的距离的数据L_1k、L_2k……L_(n-1)k、L_nk根据迭代顺序表示成坐标(1，L_1k)、(2，L_2k)……(n-1,L_(n-1)k)、(n,L_nk),以点(0,L_min-1)作为原点，以点的迭代数作为横坐标，监测数据作为纵坐标，建立监测值-迭代数坐标系，将待测点k的坐标用曲线连接，将L_(n-1)k与L_nk进行对比，若L_(n-1)k≠L_nk，则在屏幕上显示nk及差值Q＝L_nk-L_(n-1)k，表示迭代到第n步时，k点发生位移，位移值为Q。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过将监测装置固定在隧洞待测围岩位移的横断面上，通过圆盘周身阵列设置多个激光测距传感器采集到其至待测点的距离信号，通过数据处理系统在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点K及位移值Q表示在屏幕上，从而快速判断出隧洞围岩的位移情况。该系统价格低廉、实用性强、操作简单、对使用场地要求低，适用于隧洞施工、运营等过程中围岩位移监测。而且该系统可拆卸，为一种非接触式围岩位移监测系统。

附图说明

附图1为本发明的俯视图；

附图2为本发明的前视图；

附图3为本发明的左视图；

附图4为本发明的协同工作示意图；

附图标记：1—数据处理终端；2—隧洞；3—围岩位移监测装置；4—膨胀螺丝；5—隧洞侧壁；6—垫板；7—第一直杆；8—第一螺母；9—第一螺杆；10—曲杆；11—第二螺母；12—第二螺杆；13—第二直杆；14—激光测距传感器；15—双面背胶子母贴毛面；16—双面背胶子母贴勾面；17—圆盘；18—竖直水准泡；19—水平水准泡；20—数据采集卡；21—电源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例：一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，如附图1-4所示，该围岩位移监测装置3包括设有固定孔的垫板6，垫板6经连接杆件与圆盘17连接，圆盘17侧面周身阵列设有多个激光测距传感器14，圆盘17内部设有凹槽，凹槽中放置有数据采集卡20和电源21，激光测距传感器14、数据采集卡20和电源21相互连接，还包括有数据处理终端1。

安装过程中，在隧洞2待监测点所在横断面的隧洞侧壁5的适当位置钻出与膨胀螺丝4尺寸相匹配的孔，用膨胀螺丝4将垫板6固定在隧洞的隧洞侧壁5上，控制圆盘17圆周面上两相邻激光测距传感器14的距离，便可控制待监测隧洞断面监测点的数目。

使用时，通过隧洞围岩位移监测系统3中的激光测距传感器14依据发射激光信号时与接收信号时的时间差，得到隧洞2横断面上各待监测点到激光测距传感器14的距离信号，该距离信号输入至数据采集卡20中存储并进行信号转换，数据采集卡20中存储的数据通过usb、无线网络等总线传输到数据处理终端1，该数据处理终端可为我们常用的计算机，数据后处理系统为采用AUTOLISP编写的一段代码，运行数据后处理系统，便能在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点K及位移值Q显示在屏幕上。监测过程中，电源21为激光测距传感器14和数据采集卡20提供所需电力。

为满足激光测距传感器14对量程及精度的要求，可选用与武汉鸿诚远大科技有限公司所研发的SENST系列激光测距传感器功能相近传感器。

所述连接杆件包括有与垫板6表面焊接连接的第一直杆7，第一直杆7另一端为预制的螺纹孔，第一螺杆9拧入第一直杆7的预制螺纹孔中，第一螺杆9另一端与曲杆10焊接连接，曲杆10另一端也设有预制的螺纹孔，第二螺杆12拧入曲杆10的预制螺纹孔中，第二螺杆12另一端与第二直杆13焊接连接，为使圆盘17固定不动，第二直杆13的一端与圆盘17采用键联接。设置有第一螺杆9和第二螺杆12是为了保证圆盘17保持水平和竖直，使圆盘17上的激光测距传感器14能够正对待监测的隧洞横断面。

所述第一螺杆9和第二螺杆12上分别对应设有第一螺母8和第二螺母11，第一螺母8和第二螺母11用于调整第一螺杆9和第二螺杆12的拧入深度。

所述曲杆10上设有竖直水准泡18，第二直杆13上设有水平水准泡19。通过竖直水准泡18保证第一直杆7与安装装置的隧洞侧壁5为垂直状态，而水平水准泡19可使得第二直杆13与隧洞侧壁5平行，保证圆盘17上的所有激光测距传感器14均与待监测的隧洞横断面处于同一个平面。

所述圆盘17为聚甲醛塑料制成，圆盘17侧面周身粘接有双面背胶子母扣毛面15，双面背胶子母扣毛面15表面粘接有双面背胶子母扣勾面16，双面背胶子母扣勾面16周身阵列设置有多个激光测距传感器14。

放置数据采集卡20和电源21的凹槽表面设有盖板，用以防止数据采集卡20和电源21受潮。

一种隧洞围岩位移监测及数据后处理的方法，通过激光测距传感器14依据发射激光信号时与接收信号时的时间差，得到隧洞横断面上各待监测点到激光测距传感器14的距离信号，该距离信号经数据采集卡20转换后传输至数据处理终端1，数据处理终端1对信号数据进行处理后，在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器14之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点K及位移值Q显示在屏幕上。

数据处理终端1读取数据采集卡20中存储的数据后，得到数据中的最大值L_max与最小值L_min以及待测点的迭代次数n，同时，将待测点k至围岩位移监测系统的距离的数据L_1k、L_2k……L_(n-1)k、L_nk根据迭代顺序表示成坐标(1，L_1k)、(2，L_2k)……(n-1,L_(n-1)k)、(n,L_nk),以点(0,L_min-1)作为原点，以点的迭代数作为横坐标，监测数据作为纵坐标，建立迭代数-监测值坐标系，将待测点k的坐标用曲线连接，将L_(n-1)k与L_nk进行对比，若L_(n-1)k≠L_nk，则在屏幕上显示nk及差值Q＝L_nk-L_(n-1)k，表示迭代到第n步时，k点发生位移，位移值为Q。

Claims (8)

1.一种隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：包括设有固定孔的垫板(6)，垫板(6)经连接杆件与圆盘(17)连接，圆盘(17)侧面周身阵列设有多个激光测距传感器(14)，圆盘(17)内部设有凹槽，凹槽中放置有数据采集卡(20)和电源(21)，激光测距传感器(14)、数据采集卡(20)和电源(21)相互连接，还包括有数据处理终端(1)。

2.根据权利要求1所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：所述连接杆件包括有与垫板(6)表面连接的第一直杆(7)，第一直杆(7)另一端与第一螺杆(9)螺纹连接，第一螺杆(9)固定在曲杆(10)一端，曲杆(10)另一端与第二螺杆(12)螺纹连接，第二螺杆(12)固定在第二直杆(13)一端，第二直杆(13)另一端与圆盘(17)表面连接。

3.根据权利要求2所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：所述第一螺杆(9)和第二螺杆(12)上分别对应设有第一螺母(8)和第二螺母(11)。

4.根据权利要求2所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：所述曲杆(10)上设有竖直水准泡(18)，第二直杆(13)上设有水平水准泡(19)。

5.根据权利要求1所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：所述圆盘(17)侧面周身粘接有双面背胶子母扣毛面(15)，双面背胶子母扣毛面(15)表面粘接有双面背胶子母扣勾面(16)，双面背胶子母扣勾面(16)周身阵列设置有多个激光测距传感器(14)。

6.根据权利要求1所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理系统，其特征在于：放置数据采集卡(20)和电源(21)的凹槽表面设有盖板。

7.一种隧洞围岩位移监测及数据后处理的方法，其特征在于：通过激光测距传感器(14)依据发射激光信号时与接收信号时的时间差，得到隧洞横断面上各待监测点到激光测距传感器(14)的距离信号，该距离信号经数据采集卡(20)转换后传输至数据处理终端(1)，数据处理终端(1)对信号数据进行处理后，在AUTOCAD中画出隧洞各待测点至激光测距传感器(14)之间的距离与迭代数关系的曲线图，同时将距离发生变化的点K及位移值Q显示在屏幕上。

8.根据权利要求7所述的隧洞围岩位移监测及数据后处理方法，其特征在于：所述数据处理终端(1)读取数据采集卡(20)中存储的数据后，得到数据中的最大值L_max与最小值L_min以及待测点的迭代次数n，同时，将待测点k至围岩位移监测系统的距离的数据L_1k、L_2k……L_(n-1)k、L_nk根据迭代顺序表示成坐标(1，L_1k)、(2，L_2k)……(n-1,L_(n-1)k)、(n,L_nk),以点(0,L_min-1)作为原点，以点的迭代数作为横坐标，监测数据作为纵坐标，建立监测值-迭代数坐标系，将待测点k的坐标用曲线连接，将L_(n-1)k与L_nk进行对比，若L_(n-1)k≠L_nk，则在屏幕上显示nk及差值Q＝L_nk-L_(n-1)k，表示迭代到第n步时，k点发生位移，位移值为Q。