CN110220460A - 一种隧道安全步距监控量测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种隧道安全步距监控量测装置，包括步距仪本体、旋转驱动机构、以及固定板，所述步距仪本体整体呈方形结构，并在步距仪本体的前端面设置有相互平齐的两个激光测量孔，激光测量孔所在的步距仪本体内设置有距离传感器和角度传感器，后端面设置有水平仪，所述步距仪本体的顶部设置有转向开关和电源开关；所述步距仪本体的底部连接旋转驱动机构，所述固定板为双层结构，所述旋转驱动机构的底部贯穿固定板的下端面与固定螺丝连接，并实现旋转驱动机构驱动步距仪本体整体在固定板下端面的转动。通过激光传感器与角度传感器的协同作用，可同时测量常子面及仰拱两个安全步距，降低了测量成本，并提高了监测的精准度。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工监测设备领域，具体涉及一种隧道安全步距监控量测装置
背景技术
隧道的开挖使得支撑隧道洞身的围岩被挖掉，掌子面后方出现临空，围岩应力重新分布，导致围岩向隧道净空方向变形。这种变形包括掌子面面内竖向、横向变形和面外纵向变形，软弱围岩隧道设置超前支护和初期支护的主要目的，就是抑制这些变形的发展，防止围岩出现围岩松弛现象。同时仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一。
为了保障施工安全，对于隧道施工过程中，常常需要对掌子面安全步距以及仰拱安全步距分别进行实时测定，以便保证施工的进度安全，在恶劣的隧道施工环境中测量，区域较为狭小，同时还有众多的脚手架、台车等，严重影响测量人员的生命安全以及监测效率，其监测的精准度也不高，影响施工进度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种隧道安全步距监控量测装置，解决了现有技术中存在监测精准度不高，影响监测效率的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种隧道安全步距监控量测装置，包括步距仪本体、旋转驱动机构、以及固定板，所述步距仪本体整体呈方形结构，并在步距仪本体的前端面设置有相互平齐的两个激光测量孔，激光测量孔所在的步距仪本体内设置有距离传感器和角度传感器，后端面设置有水平仪，所述步距仪本体的顶部设置有转向开关和电源开关；
所述步距仪本体的底部连接旋转驱动机构，所述固定板为双层结构，所述旋转驱动机构的底部贯穿固定板的下端面与固定螺丝连接，并实现旋转驱动机构驱动步距仪本体整体在固定板下端面的转动。
进一步的，所述步距仪本体的顶部设置有供电插头和数据插座。
进一步的，所述固定板上设有连接孔，并通过连接孔将步距仪本体固定在隧道壁上。
进一步的，所述供电插头的供电电压为9～30V。
进一步的，所述数据插座通过有线或无线进行距离传感器和角度传感器的数据传输。
进一步的，所述角度传感器的扫描范围为0～90度。
进一步的，所述步距仪本体在安装时，保持水平仪的水平放置。
进一步的，操作方法如下所示：
S1：所述步距仪本体从垂直于隧道正下方所在的O点缓慢移动，同时步距仪本体内的距离传感器监测步距仪本体与地面之间的距离为m，角度传感器监测步距仪本体移动的角度θ；
S2：当达到P点时，m发生突变，在突变之前瞬间的记录距离为m2，此时水平间距即为仰拱距离：
a＝sinθ×m2；
S3：步距仪本体在旋转驱动机构的作用下继续转动，直至距离传感器监测到m4达到最大间距m时，即步距仪本体的距离传感器监测到达Q点，随后m 逐渐减小，此时的水平间距为掌子面距离：
b＝sinθ×m4。
本发明的有益效果：
1、本装置通过激光传感器与角度传感器的协同作用，可同时测量常子面及仰拱两个安全步距，降低了测量成本。
2、本装置通过激光测量的方式，其测量距离误差<0.2米，角度误差<0.1米，综合误差<0.5米，并且整个装置适用于在隧道中使用，可在施工过程中数据的实时采集数据，提高了监测测量效率。
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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的正面结构示意图；
图3是本发明实施例的步距仪本体整体结构示意图；
图4是本发明实施例的步距仪本体底部结构示意图；
图5是本发明实施例的监测状态示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明实施例提供一种隧道安全步距监控量测装置，包括步距仪本体1、旋转驱动机构2、以及固定板3，步距仪本体1整体呈方形结构，并在步距仪本体1的前端面设置有相互平齐的两个激光测量孔101，激光测量孔 101所在的步距仪本体1内设置有距离传感器11和角度传感器12，角度传感器 12的扫描范围为0～90度。后端面设置有水平仪13，步距仪本体1在安装时，保持水平仪13的气泡至于中间的水平位置再安装整个设备，提高安放的精准度。步距仪本体1的顶部设置有转向开关102、电源开关103、供电插头104、数据插座105，供电插头104的供电电压为9～30V，以方便使用电池供电的场合，数据插座105根据实际的实用需要，可通过有线或无线进行距离传感器11和角度传感器12的数据传输。
距离传感器11和角度传感器12所产生的激光为不可见激光，短时间不会对人眼睛及身体造成意外伤害。
步距仪本体1的底部连接旋转驱动机构2，固定板3为双层结构，旋转驱动机构2的底部贯穿固定板3的下端面与固定螺丝21连接，并实现旋转驱动机构 2驱动步距仪本体1整体在固定板3下端面的转动。固定板3上设有连接孔31，并通过连接孔31将步距仪本体1固定在隧道壁上，安装过程简单，只需要相应的固定螺丝21固定牢即可。
如图5所示，隧道安全步距监控量测装置的操作方法，如下所示：
S1：步距仪本体1从垂直于隧道正下方所在的O点缓慢移动，同时步距仪本体1内的距离传感器11监测步距仪本体1与地面之间的距离为m，角度传感器12监测步距仪本体1移动的角度θ，随着θ的角度在增大，由m增加至m1 长度距离。
S2：当达到P点时，m1发生突变，在突变之前瞬间的记录距离为m2，此时水平间距即为仰拱距离：
a＝sinθ×m2。
S3：步距仪本体1在旋转驱动机构2的作用下继续转动，由m2增加至m3 长度距离，直至距离传感器11监测到m3达到最大间距m4时(再随着θ角度的增加，m5的距离在逐渐减小)，即步距仪本体1的距离传感器11监测到达Q 点，此时的水平间距为掌子面距离：
b＝sinθ×m5。
综上所述，本发明提供的一种隧道安全步距监控量测装置，通过激光传感器与角度传感器的协同作用，可同时测量常子面及仰拱两个安全步距，降低了测量成本。
并且激光束发散角度小，可通过较小的缝隙进行测量，受脚手架，台车等影响较小。激光测量的方式，其测量误差<0.2米，角度误差<0.1米，综合误差 <0.5米。通讯协议为标准的MODBUS协议，可直接对接市面上的多种数据采集器，无需二次开发。工作过程自动完成，无需人工干预。
根据需要，该设备还进行了防水等级为IP65的设计，以便适用于隧道中阴暗潮湿的环境中使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种隧道安全步距监控量测装置，包括步距仪本体(1)、旋转驱动机构(2)、以及固定板(3)，其特征在于，所述步距仪本体(1)整体呈方形结构，并在步距仪本体(1)的前端面设置有相互平齐的两个激光测量孔(101)，激光测量孔(101)所在的步距仪本体(1)内设置有距离传感器(11)和角度传感器(12)，后端面设置有水平仪(13)，所述步距仪本体(1)的顶部设置有转向开关(102)和电源开关(103)；
所述步距仪本体(1)的底部连接旋转驱动机构(2)，所述固定板(3)为双层结构，所述旋转驱动机构(2)的底部贯穿固定板(3)的下端面与固定螺丝(21)连接，并实现旋转驱动机构(2)驱动步距仪本体(1)整体在固定板(3)下端面的转动。
2.根据权利要求1所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述步距仪本体(1)的顶部设置有供电插头(104)和数据插座(105)。
3.根据权利要求1所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述固定板(3)上设有连接孔(31)，并通过连接孔(31)将步距仪本体(1)固定在隧道壁上。
4.根据权利要求2所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述供电插头(104)的供电电压为9～30V。
5.根据权利要求2所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述数据插座(105)通过有线或无线进行距离传感器(11)和角度传感器(12)的数据传输。
6.根据权利要求1所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述角度传感器(12)的扫描范围为0～90度。
7.根据权利要求1所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，所述步距仪本体(1)在安装时，保持水平仪(13)的水平放置。
8.根据权利要求1所述的隧道安全步距监控量测装置，其特征在于，操作方法如下所示：
S1：所述步距仪本体(1)从垂直于隧道正下方所在的O点缓慢移动，同时步距仪本体(1)内的距离传感器(11)监测步距仪本体(1)与地面之间的距离为m，角度传感器(12)监测步距仪本体(1)移动的角度θ；
S2：当达到P点时，m发生突变，在突变之前瞬间的记录距离为m2，此时水平间距即为仰拱距离：
a＝sinθ×m2；
S3：步距仪本体(1)在旋转驱动机构(2)的作用下继续转动，直至距离传感器(11)监测到m达到最大间距m4时，即步距仪本体(1)的距离传感器(11)监测到达Q点，随后m逐渐减小，此时的水平间距为掌子面距离：
b＝sinθ×m5。
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