CN111473734A - 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法 - Google Patents

一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111473734A
CN111473734A CN202010356020.8A CN202010356020A CN111473734A CN 111473734 A CN111473734 A CN 111473734A CN 202010356020 A CN202010356020 A CN 202010356020A CN 111473734 A CN111473734 A CN 111473734A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
monitoring
rock
monitoring points
laser range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010356020.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111473734B (zh
Inventor
王建秀
崔韬
赵宇
邓沿生
龙冠宏
何倩倩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN202010356020.8A priority Critical patent/CN111473734B/zh
Publication of CN111473734A publication Critical patent/CN111473734A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111473734B publication Critical patent/CN111473734B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/022Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of tv-camera scanning
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明涉及一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法,其中,该监测方法具体为:球形摄像机拍摄隧道初始全局图像;微波雷达对隧道初始全局图像进行标定,以布设八个虚拟监测点;激光测距仪测量八个监测点的初始定位距离;微波雷达跟踪八个监测点的位置数据;根据八个监测点位置数据的变化,激光测距仪对应跟随监测点发生角度转动,以分别测量八个监测点的实时定位距离;根据激光测距仪转动角度以及八个监测点的初始定位距离和实时定位距离,由计算机计算八个监测点的位移数据,基于中夹岩稳定性判据,判断得到中夹岩稳定性结果。与现有技术相比,本发明通过构建监测体系,形成远程监测系统及方法,能够准确、全面整体地监测隧道结构变形。

Description

一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法
技术领域
本发明涉及隧道工程监测技术领域,尤其是涉及一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法。
背景技术
在隧道工程的施工监测过程中,往往需要监测隧道结构体本省及周边围岩的变形状态,小净距隧道作为一种特殊结构形式的隧道,包含有上下行隧道双洞,小净距隧道上下行双洞之间的岩石即为中夹岩,除隧道断面本身的变形外,中夹岩体的变形是隧道整体性稳定的重要保障,其监测工作贯穿施工过程中的各个阶段,是评价隧道及中夹岩稳定性的必要工作。目前,常采用的变形监测手段主要采用点式监测的方式,具体是通过在断面上布置实物测点测线,通过点线的收敛情况实现监测工作,但由于监测过程中人为因素较多,导致产生的偶然误差较大,且分散的数据点难以真实地反映结构整体变形,使得现有的监测技术大多局限在人工操作较多、单点监测、没有实时监测的体系。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法,以全面整体、准确地监测小净距隧道中夹岩的变形情况。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,包括依次连接的球形摄像机、微波雷达和激光测距仪,所述球形摄像机和激光测距仪还分别与计算机连接,所述球形摄像机用于拍摄隧道全局图像;
所述微波雷达用于对隧道全局图像进行标定,以布设并跟踪监测点位置;
所述激光测距仪根据监测点位置数据变化发生角度转动,以跟踪测量监测点的定位距离;
所述计算机根据激光测距仪的转动角度和监测点的定位距离,计算出监测点的位移数据,以判断得到中夹岩稳定性结果,所述计算机的显示屏用于实时显示隧道全局图像。
进一步地,所述隧道全局图像中包含中夹岩表面和隧道断面图像,所述监测点分别布设在中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置。
进一步地,所述激光测距仪的数量与监测点数量相同,以分别对应计算监测点的位移变化。
进一步地,所述球形摄像机、微波雷达和激光测距仪均安装在隧道衬砌钢架上,所述钢架布置在隧道轮廓线上,所述球形摄像机、微波雷达和激光测距仪均固定在与中夹岩中轴线齐平的位置。
进一步地,所述钢架底部设有滑轮导轨,所述钢架能沿导轨发生移动。
进一步地,所述钢架上还安装有报警指示灯,所述报警指示灯与计算机连接,以对应中夹岩稳定性结果发出不同颜色的灯光。
一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法,包括以下步骤:
S1、球形摄像机拍摄隧道初始全局图像;
S2、微波雷达对隧道初始全局图像进行标定,以布设八个虚拟的监测点,所述八个监测点分别位于中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置;
S3、激光测距仪分别测量得到八个监测点的初始定位距离;
S4、根据球形摄像机实时拍摄的隧道全局图像,微波雷达跟踪八个监测点的位置数据,并将八个监测点的位置数据实时地对应发送给激光测距仪;
S5、根据八个监测点位置数据的变化,激光测距仪对应跟随监测点发生角度转动,以分别测量得到八个监测点的实时定位距离;
S6、根据激光测距仪的转动角度以及八个监测点的初始定位距离和实时定位距离,由计算机进行数据处理计算,得到八个监测点的位移数据,其中,位移数据包括竖向位移和水平位移,竖向位移通过中夹岩体上区域位置以及隧道双洞拱顶位置的三个监测点进行监测,水平位移通过中夹岩体中心位置以及隧道双洞的左右拱腰位置的五个监测点进行监测;
S7、计算机根据八个监测点的位移数据,并基于中夹岩稳定性判据,判断得到中夹岩稳定性结果。
进一步地,所述步骤S6中监测点的位移数据计算公式具体为:
Figure BDA0002473461980000031
其中,L3为监测点的位移数据,L1为监测点的初始定位距离,L2为监测点的实时定位距离,α为激光测距仪的转动角度。
进一步地,所述步骤S7中中夹岩稳定性判据具体为:以隧道断面双洞拱顶及左右拱腰位置的监测点位移数据作为自变量,以中夹岩上区域的极限竖向位移数据和和中夹岩中心位置的极限水平位移数据作为应变量,判断中夹岩上区域和中心位置的监测点位移数据是否均不超过应变量,若判断为是,则表明中夹岩处于稳定状态;若判断为否,则表明中夹岩处于不稳定状态。
进一步地,所述中夹岩上区域监测点的极限竖向位移数据具体为:
Y=F(Y1,Y2)
其中,Y为中夹岩上区域极限竖向位移值,函数F(x)为通过数值模拟逼近于中夹岩竖直方向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式,Y1为隧道双洞中第一隧道拱顶监测点的位移数据,Y2为隧道双洞中第二隧道拱顶监测点的位移数据;
所述中夹岩中心位置的极限水平位移数据具体为:
X=T(X1,X2)
X1=X12-X11
X2=X22-X21
其中,X为中夹岩中心位置极限水平位移值,函数T(x)为通过数值模拟的手段逼近于中夹岩水平方向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式,X1为隧道双洞中第一隧道的水平净空收敛值,X2为隧道双洞中第二隧道的水平净空收敛值,X12为隧道双洞中第一隧道右拱腰监测点的位移数据,X11为隧道双洞中第一隧道左拱腰监测点的位移数据,X22为隧道双洞中第二隧道右拱腰监测点的位移数据,X21为隧道双洞中第二隧道左拱腰监测点的位移数据。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
一、本发明通过将球形摄像机与微波雷达、激光测距仪组合成为自动监测体系,通过跟踪虚拟监测点,能够实时监测隧道断面和中夹岩体的动态变化,结合计算机的数据处理计算,不需要在隧道断面上布置实物测点测线,避免了人为因素的干扰,从而减少监测结果中存在的偶然误差,此外,本发明基于位移判据进行中夹岩稳定性判断,进一步保证了监测结果的准确性。
二、本发明在隧道断面以及中夹岩表面布设多个虚拟监测点,不仅可对隧道轮廓断面关键点位进行变形的监测,还可对现场难以进行测点布置的中夹岩体的变形情况进行监测,避免了传统单点式收敛监测的弊端,利用多个虚拟监测点分别监测竖向位移和水平位移,并形成收敛封闭测线,能够全面整体地监测隧道内结构变形。
附图说明
图1为本发明的监测系统连接示意图;
图2为本发明的监测方法流程示意图;
图3为实施例的应用过程示意图;
图4为实施例中监测系统安装布置示意图;
图5为实施例中监测体系结构示意图;
图6为实施例中监测点的布设位置示意图;
图7为实施例中水平位移监测俯视示意图;
图8为实施例中竖向位移监测侧视示意图;
图中标记说明:1、钢架,2、微波雷达,3、球形摄像机,4、激光测距仪,5、滑轮导轨,6、无线网络设备,7、计算机,8、第一隧道拱顶位置监测点,9、第二隧道拱顶位置监测点,10、第一隧道左拱腰位置监测点,11、第一隧道右拱腰位置监测点,12、第二隧道左拱腰位置监测点,13、第二隧道右拱腰位置监测点,14、中夹岩体中心位置监测点,15、中夹岩体上区域位置监测点,16、报警指示灯,17、第一隧道,18、第二隧道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示,一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,包括依次连接的球形摄像机3、微波雷达2和激光测距仪4,球形摄像机3和激光测距仪4还分别与计算机7连接,球形摄像机3用于拍摄隧道全局图像,微波雷达2用于对隧道全局图像进行标定,以布设并跟踪监测点位置,激光测距仪4根据监测点位置数据变化发生角度转动,以跟踪测量监测点的定位距离,计算机7根据激光测距仪4的转动角度和监测点的定位距离,计算出监测点的位移数据,以判断得到中夹岩稳定性结果,计算机7的显示屏还用于实时显示隧道全局图像;
此外,计算机7还连接有报警指示灯16,以使报警指示灯16根据中夹岩稳定性结果发出对应的灯光。
上述监测系统的方法流程如图2所示,包括:
S1、球形摄像机3拍摄隧道初始全局图像;
S2、微波雷达2对隧道初始全局图像进行标定,以布设八个虚拟的监测点,所述八个监测点分别位于中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置;
S3、激光测距仪4分别测量得到八个监测点的初始定位距离;
S4、根据球形摄像机3实时拍摄的隧道全局图像,微波雷达2跟踪八个监测点的位置数据,并将八个监测点的位置数据实时地对应发送给激光测距仪4;
S5、根据八个监测点位置数据的变化,激光测距仪4对应跟随监测点发生角度转动,以分别测量得到八个监测点的实时定位距离;
S6、根据激光测距仪4的转动角度以及八个监测点的初始定位距离和实时定位距离,由计算机7进行数据处理计算,得到八个监测点的位移数据,其中,位移数据包括竖向位移和水平位移,竖向位移通过中夹岩体上区域位置以及隧道双洞拱顶位置的三个监测点进行监测,水平位移通过中夹岩体中心位置以及隧道双洞的左右拱腰位置的五个监测点进行监测;
S7、计算机7根据八个监测点的位移数据,并基于中夹岩稳定性判据,判断得到中夹岩稳定性结果。
综上所述,本发明提出的监测系统中包含由微波雷达2、球形摄像机3、激光测距仪4相互关联组合而成的监测体系,该监测体系主要负责现场数据的提取,将球型摄像机3与微波雷达2先关联,通过微波雷达2对球形摄像机3采集的画面进行标定从而布置出虚拟的监测点,再将微波雷达2与激光测距仪4进行关联,使得微波雷达2跟踪的监测点位置变化对应转换成激光测距仪4的角度转动,通过激光测距仪4实现隧道内结构变形的监测,激光测距仪4能通过发射激光并接收反射的方式计算距离,激光测距仪4测得的监测点距离数据通过无线连接形式传送至计算机7,以对监测点位移数据进行计算,并结合位移判据进行中夹岩稳定性判定,同时球形摄像机3将实时拍摄的隧道内全局图像远程传输至计算机,实现实时监控和预警。
将本发明的监测系统及其方法应用于实际,如图3所示,主要包括以下过程:
(1)工作场景的准备
为方便于现场监测与施工的交叉工作,在监测工作开展前,考虑到不能占用隧道内部地面空间便于岩土残渣的运出,使用隧道衬砌钢架1作为监测体系的载体,如图4和图5所示,对钢架1进行安装,将其布置在隧道轮廓线上,微波雷达2、球形摄像机3、激光测距仪4固定在与中夹岩中轴线平齐的位置,即两隧道(第一隧道17和第二隧道18)拱腰位置处,同时,在钢架1下部装设滑轮导轨5,便于监测设备能够随开挖掌子面前进并始终保持一定的距离。
(2)设备之间的关联
布置监测位移的装置是由三部分组成,包括微波雷达2、球形摄像机3、激光测距仪4,三者需要完成关联才能形成监测体系。
(2.1)首先对微波雷达2进行设置防区和警戒线,将微波雷达2的影响范围划归出来,在防区和警戒线范围内是微波雷达2主要的作用部位,也是监测的重点区域。
(2.2)然后为微波雷达2与球形摄像机3的关联,这一步的目的是将雷达2的防区即作用范围在摄像机3中可视化。
(2.3)为便于球形摄像机3在远程监控的使用,通过无线网络设备6将球形摄像机3与远端的计算机7相连接。
(2.4)微波雷达2感知了防区内发生位移变动的测点后,在球形摄像机3拍摄的隧道全局图像中进行视图展示,为量化位移成数值的变化,微波雷达2与激光测距仪4相关联,微波雷达2感知的监测点位置数据传输至激光测距仪4。
由上,通过以上设备之间的相互关联,形成实时可视化的全面监测体系。
(3)监测点标定及监测方案
(3.1)监测点标定
为了实现对中夹岩位移的监测,需要在中夹岩表面布置监测点,同时考虑到判据中以隧道断面收敛值作为依据,因而也需对断面布置监测点,如图6所示,在监测体系中通过微波雷达2标定工具在球形摄像机3拍摄的隧道全局图像中对小净距隧道中两处断面拱顶位置8、9、四处断面拱腰位置标定监测点10、11、12、13,对两隧道之间的中夹岩体中心位置14、上区域位置15分别标定监测点,测点标定后由激光测距仪4发射长时激光以固定监测点的初始位置。
(3.2)监测方案
从两个维度设置监测方案,分别为竖向位移、水平位移,竖向位移通过3个已标定点实现自动监测控制:中夹岩上区域监测点15、两个隧道两处拱顶监测点8、9;水平位移则通过5个已标定点实现自动监测控制:中夹岩中心位置监测点14、两个隧道四处拱腰监测点10、11、12、13。以上8个监测点形成特殊的收敛封闭测线,并且在每个监测点对应的隧道岩石上布设标点带,以便于初始的雷达定位和追踪。
(4)自动监测过程
自动监测的过程是由监测点追踪和位移数值处理两部分组成。
(4.1)监测点追踪
通过球形摄像机3与微波雷达2的关联,对断面上布设的监测点完成定位,在施工中产生的位移变动由其追踪移动,在球形摄像机3采集的图像里可以将其趋势可视化,由于激光测距仪4通过发射激光固定测点初始位置,微波雷达2将感知到位置坐标的变化传输至激光测距仪4,带动激光测距仪4跟随监测点发生角度为α的转动。
(4.2)位移数值处理
如图7和图8所示,使用激光测距仪4测量监测点初始定位时距离为L1,经过微波雷达2反馈输入追踪测点位移产生的转动角度为α,移动后激光测距仪4可测量得到监测点新位置的距离为L2,得到上述参数后通过现场设置的无限连接设备6远程传输至计算机7进行数据处理,计算的逻辑是通过三角函数的余弦定理求出监测点实际位移数值,具体公式如下:
Figure BDA0002473461980000071
其中,L3为监测点位移的长度。
同样地,上述8个监测点均在远程上完成上述数据处理。
(5)判据判定
中夹岩稳定性判据是基于隧道断面上拱顶8、9、拱腰10、11、12、13布置的6个监测点作为自变量,输入判据公式计算得到中夹岩上区域15、中心位置14的极限位移数值作为应变量,根据现场对中夹岩上布置的2个测点所监测得到的位移数值进行比较,从而确定中夹岩的稳定状态,自变量用以下表示:
隧道1拱顶竖向位移Y1=g5(L1,L2);
隧道2拱顶竖向位移Y2=g6(L1,L2);
隧道1左拱腰水平位移X11=g2(L1,L2);
隧道1右拱腰水平位移X12=g1(L1,L2);
隧道2左拱腰水平位移X21=g4(L1,L2);
隧道2右拱腰水平位移X22=g3(L1,L2);
因此,隧道1、隧道2的水平净空收敛值可通过四处拱腰10、11、12、13位置水平位移监测处理数据得到:
隧道1水平净空收敛值X1=g1(L1,L2)-g2(L1,L2)=X12-X11;
隧道2水平净空收敛值X2=g3(L1,L2)-g4(L1,L2)=X22-X21;
中夹岩上区域15极限竖向位移值作为应变量,由以下判据得出:
Y=F(Y1,Y2)
其中,Y为中夹岩上区域极限竖向位移值,函数F(Y)为针对某一实际小净距隧道工程,在建立数值模型的基础上,通过数值模拟的手段逼近于中夹岩竖向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式。
中夹岩中心位置14极限水平位移值作为应变量,由以下判据得出:
X=T(X1,X2)
其中,X为中夹岩中心位置极限水平位移值,函数T(X)为针对某一实际小净距隧道工程,在建立数值模型的基础上,通过数值模拟的手段逼近于中夹岩水平方向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式。
根据上述判据公式的计算得到拟合基础上的中夹岩竖向、水平向极限位移数值,通过如下方式判定中夹岩的稳定状态:
Figure BDA0002473461980000081
其中,YR为对中夹岩上区域竖向位移监测数据处理值,XR为对中夹岩中心位置水平位移监测数据处理值。
由以上判定方式,是通过激光测距仪4测得的距离数据通过设备接口6远程输入计算机7中完成计算和判定,若现场位移监测数据处理值小于判据拟合值,则认为中夹岩在该方向上是稳定的,两公式中若有一个大于判据拟合值,则认为中夹岩可能已处于不稳定状态,需要辅助措施予以加固。
(6)报警反馈
由现场监测的位移数据经过远程输入计算处理后得到判定结论,需要将结论重新反馈输入回现场增加对中夹岩稳定状态的认识,在监测装置放置的工作钢架1上布置报警指示灯16,通过以下方式作为指示信息:
Figure BDA0002473461980000091
Figure BDA0002473461980000092
Figure BDA0002473461980000093
当Y、YR与X、XR符合上述关系时,取得对应颜色信息代码COLOR远程反馈回指示灯16上,COLOR为-1代表现场位移值超出拟合极限值,为警报红灯,闪烁发亮,COLOR为0代表现场位移值接近于拟合极限值,为警报黄灯,闪烁发亮,COLOR为1代表现场位移值小于拟合极限值,为警报绿灯,保持常亮。
(7)可视化监控
基于球形摄像机3通过无线设备6远程连接到计算机7,通过计算机显示屏可实现施工过程中对掌子面开挖及支护中的围岩状态进行长时监控,可观察现场危险裂缝的发展及对可能发生的危石掉落提前判断,达到监控实时化和可视化的效果。
综上所述,本发明提供了一种基于微波雷达-球形摄像机-激光测距仪的小净距隧道中夹岩稳定性监测的实现系统及方法,将球形摄像机与微波雷达、激光测距仪组合布置成为自动监测体系,形成远程监测控制方法,通过工作场景的准备、设备之间的关联、监测点标定及监测方案的确定、实施自动监测过程、判据判定、报警反馈、可视化监控的实施步骤,进而可对隧道工程内的隧道轮廓断面、中夹岩体等危险部位进行施工过程中立体化的动态变形监测。与传统的隧道监测方法相比,本发明能够对中夹岩在施工中的变形进行监测,实现动态化监测避免了传统点式收敛监测的弊端,形成监测体系实现可视化、实时监控,同时减少了人工操作提高了监测精度,依托于位移判据实现了动态、可视化监控,达到了信息化施工的要求,能够广泛应用于各类隧道工程的监控监测。

Claims (10)

1.一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,包括依次连接的球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4),所述球形摄像机(3)和激光测距仪(4)还分别与计算机(7)连接,所述球形摄像机(3)用于拍摄隧道全局图像;
所述微波雷达(2)用于对隧道全局图像进行标定,以布设并跟踪监测点位置;
所述激光测距仪(4)根据监测点位置数据变化发生角度转动,以跟踪测量监测点的定位距离;
所述计算机(7)根据激光测距仪(4)的转动角度和监测点的定位距离,计算出监测点的位移数据,以判断得到中夹岩稳定性结果,所述计算机(7)的显示屏用于实时显示隧道全局图像。
2.根据权利要求1所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,所述隧道全局图像中包含中夹岩表面和隧道断面图像,所述监测点分别布设在中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置。
3.根据权利要求2所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,所述激光测距仪(4)的数量与监测点数量相同,以分别对应计算监测点的位移变化。
4.根据权利要求1所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,所述球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4)均安装在隧道衬砌钢架(1)上,所述钢架(1)布置在隧道轮廓线上,所述球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在与中夹岩中轴线齐平的位置。
5.根据权利要求4所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,所述钢架(1)底部设有滑轮导轨(5),所述钢架(1)能沿导轨发生移动。
6.根据权利要求4所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统,其特征在于,所述钢架(1)上还安装有报警指示灯(16),所述报警指示灯(16)与计算机(7)连接,以对应中夹岩稳定性结果发出不同颜色的灯光。
7.一种应用权利要求1所述系统的小净距隧道中夹岩稳定性监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、球形摄像机(3)拍摄隧道初始全局图像;
S2、微波雷达(2)对隧道初始全局图像进行标定,以布设八个虚拟的监测点,所述八个监测点分别位于中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置;
S3、激光测距仪(4)分别测量得到八个监测点的初始定位距离;
S4、根据球形摄像机(3)实时拍摄的隧道全局图像,微波雷达(2)跟踪八个监测点的位置数据,并将八个监测点的位置数据实时地对应发送给激光测距仪(4);
S5、根据八个监测点位置数据的变化,激光测距仪(4)对应跟随监测点发生角度转动,以分别测量得到八个监测点的实时定位距离;
S6、根据激光测距仪(4)的转动角度以及八个监测点的初始定位距离和实时定位距离,由计算机(7)进行数据处理计算,得到八个监测点的位移数据,其中,位移数据包括竖向位移和水平位移,竖向位移通过中夹岩体上区域位置以及隧道双洞拱顶位置的三个监测点进行监测,水平位移通过中夹岩体中心位置以及隧道双洞的左右拱腰位置的五个监测点进行监测;
S7、计算机(7)根据八个监测点的位移数据,并基于中夹岩稳定性判据,判断得到中夹岩稳定性结果。
8.根据权利要求7所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法,其特征在于,所述步骤S6中监测点的位移数据计算公式具体为:
Figure FDA0002473461970000021
其中,L3为监测点的位移数据,L1为监测点的初始定位距离,L2为监测点的实时定位距离,α为激光测距仪(4)的转动角度。
9.根据权利要求7所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法,其特征在于,所述步骤S7中中夹岩稳定性判据具体为:以隧道断面双洞拱顶及左右拱腰位置的监测点位移数据作为自变量,以中夹岩上区域的极限竖向位移数据和和中夹岩中心位置的极限水平位移数据作为应变量,判断中夹岩上区域和中心位置的监测点位移数据是否均不超过应变量,若判断为是,则表明中夹岩处于稳定状态;若判断为否,则表明中夹岩处于不稳定状态。
10.根据权利要求9所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法,其特征在于,所述中夹岩上区域监测点的极限竖向位移数据具体为:
Y=F(Y1,Y2)
其中,Y为中夹岩上区域极限竖向位移值,函数F(x)为通过数值模拟逼近于中夹岩竖直方向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式,Y1为隧道双洞中第一隧道拱顶监测点的位移数据,Y2为隧道双洞中第二隧道拱顶监测点的位移数据;
所述中夹岩中心位置的极限水平位移数据具体为:
X=T(X1,X2)
X1=X12-X11
X2=X22-X21
其中,X为中夹岩中心位置极限水平位移值,函数T(x)为通过数值模拟的手段逼近于中夹岩水平方向上稳定极限状态,提取数据得到的多元线性拟合公式,X1为隧道双洞中第一隧道的水平净空收敛值,X2为隧道双洞中第二隧道的水平净空收敛值,X12为隧道双洞中第一隧道右拱腰监测点的位移数据,X11为隧道双洞中第一隧道左拱腰监测点的位移数据,X22为隧道双洞中第二隧道右拱腰监测点的位移数据,X21为隧道双洞中第二隧道左拱腰监测点的位移数据。
CN202010356020.8A 2020-04-29 2020-04-29 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法 Active CN111473734B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010356020.8A CN111473734B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010356020.8A CN111473734B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111473734A true CN111473734A (zh) 2020-07-31
CN111473734B CN111473734B (zh) 2021-12-07

Family

ID=71764436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010356020.8A Active CN111473734B (zh) 2020-04-29 2020-04-29 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111473734B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146586A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 招商局重庆交通科研设计院有限公司 边坡形变监测系统
CN112525773A (zh) * 2020-11-17 2021-03-19 中铁十一局集团第三工程有限公司 一种可监测浮置板轨道位移的监测系统
CN113157005A (zh) * 2021-04-22 2021-07-23 中煤科工集团重庆研究院有限公司 用于隧道断面变形监测的旋转云台及其控制系统
CN113267140A (zh) * 2021-05-10 2021-08-17 贵州大学 一种隧道超挖欠挖检测的装置和检测方法
CN113685189A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 同济大学 隧道掌子面开挖变形自动化测量方法
CN114674281A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种基于散点拟合测量的隧道自动化监控测量设备及方法
CN114705128A (zh) * 2022-03-25 2022-07-05 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种基于定点巡回测量的隧道自动化监控测量设备及方法
CN114777729A (zh) * 2022-05-20 2022-07-22 安徽建筑大学 一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统
CN115598637A (zh) * 2022-12-15 2023-01-13 湖南致力工程科技有限公司(Cn) 一种隧道围岩形变监测方法及系统
CN117990072A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 中交天津港湾工程研究院有限公司 一种隧道围岩收敛自动监测方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102261894A (zh) * 2011-07-14 2011-11-30 浙江理工大学 基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置
EP2653830A2 (en) * 2012-04-20 2013-10-23 Astrodesign, Inc. Distance measurement system
JP2014517262A (ja) * 2011-04-15 2014-07-17 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド 予配置型且つ可換型の光学ベンチを有するジンバル式装置
CN104135644A (zh) * 2014-07-31 2014-11-05 天津市亚安科技股份有限公司 一种具有雷达监控功能的智能跟踪云台及监控方法
CN104697495A (zh) * 2015-03-03 2015-06-10 江西飞尚科技有限公司 一种用于建筑物施工及运营期沉降和收敛的在线监测方法
CN104949629A (zh) * 2015-04-20 2015-09-30 同济大学 一种基于激光测距的危岩变形多点信息提取及报警系统
CN108643921A (zh) * 2018-04-18 2018-10-12 同济大学 盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台
CN110006359A (zh) * 2019-05-10 2019-07-12 上海潮旅信息科技有限公司 一种基于激光测距仪的结构微变形实时监测系统
CN209820414U (zh) * 2019-06-14 2019-12-20 北京市政建设集团有限责任公司 一种用于隧道净空收敛及拱顶沉降监测的监测设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014517262A (ja) * 2011-04-15 2014-07-17 ファロ テクノロジーズ インコーポレーテッド 予配置型且つ可換型の光学ベンチを有するジンバル式装置
CN102261894A (zh) * 2011-07-14 2011-11-30 浙江理工大学 基于激光标记自动跟踪的材料变形测量方法及装置
EP2653830A2 (en) * 2012-04-20 2013-10-23 Astrodesign, Inc. Distance measurement system
CN104135644A (zh) * 2014-07-31 2014-11-05 天津市亚安科技股份有限公司 一种具有雷达监控功能的智能跟踪云台及监控方法
CN104697495A (zh) * 2015-03-03 2015-06-10 江西飞尚科技有限公司 一种用于建筑物施工及运营期沉降和收敛的在线监测方法
CN104949629A (zh) * 2015-04-20 2015-09-30 同济大学 一种基于激光测距的危岩变形多点信息提取及报警系统
CN108643921A (zh) * 2018-04-18 2018-10-12 同济大学 盾构施工质量机载式双自由度检测方法及检测平台
CN110006359A (zh) * 2019-05-10 2019-07-12 上海潮旅信息科技有限公司 一种基于激光测距仪的结构微变形实时监测系统
CN209820414U (zh) * 2019-06-14 2019-12-20 北京市政建设集团有限责任公司 一种用于隧道净空收敛及拱顶沉降监测的监测设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. GAN ET AL.: "Tunnel deformation monitoring based on laser distance measuring and vision assistant", 《2016 12TH IEEE/ASME INTERNATIONAL CONFERENCE ON MECHATRONIC AND EMBEDDED SYSTEMS AND APPLICATIONS (MESA)》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112146586A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 招商局重庆交通科研设计院有限公司 边坡形变监测系统
CN112525773A (zh) * 2020-11-17 2021-03-19 中铁十一局集团第三工程有限公司 一种可监测浮置板轨道位移的监测系统
CN113157005A (zh) * 2021-04-22 2021-07-23 中煤科工集团重庆研究院有限公司 用于隧道断面变形监测的旋转云台及其控制系统
CN113267140A (zh) * 2021-05-10 2021-08-17 贵州大学 一种隧道超挖欠挖检测的装置和检测方法
CN113685189B (zh) * 2021-08-25 2023-02-17 同济大学 隧道掌子面开挖变形自动化测量方法
CN113685189A (zh) * 2021-08-25 2021-11-23 同济大学 隧道掌子面开挖变形自动化测量方法
CN114674281A (zh) * 2022-03-25 2022-06-28 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种基于散点拟合测量的隧道自动化监控测量设备及方法
CN114705128A (zh) * 2022-03-25 2022-07-05 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种基于定点巡回测量的隧道自动化监控测量设备及方法
CN114674281B (zh) * 2022-03-25 2024-01-09 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 一种基于散点拟合测量的隧道自动化监控测量设备及方法
CN114777729A (zh) * 2022-05-20 2022-07-22 安徽建筑大学 一种巷道开挖后应力场偏转的测试分析方法和系统
CN115598637A (zh) * 2022-12-15 2023-01-13 湖南致力工程科技有限公司(Cn) 一种隧道围岩形变监测方法及系统
CN115598637B (zh) * 2022-12-15 2023-03-14 湖南致力工程科技有限公司 一种隧道围岩形变监测方法及系统
CN117990072A (zh) * 2024-04-03 2024-05-07 中交天津港湾工程研究院有限公司 一种隧道围岩收敛自动监测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111473734B (zh) 2021-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111473734B (zh) 一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法
EP3557222B1 (en) Calculation method and testing system for cumulative dust exposure to respirable dust of mine workers
CN109579831B (zh) 矿用悬臂式掘进机可视化辅助导引方法和系统
CN110736446B (zh) 一种悬臂式掘进机位姿识别系统及方法
CN111380522B (zh) 一种悬臂式掘进机的导航定位及自动截割方法
CN101504272B (zh) 一种大型结构体姿态及位移变形的像机网络摄像测量方法及装置
JP4998924B2 (ja) 削岩機搭載台車における穿孔位置決め制御方法及びトンネル施工機械におけるブーム移動制御方法
KR100640000B1 (ko) 레이저 스캐닝에 의한 터널 내면 측정방법
CN109931072A (zh) 掘进机截割控制装置、方法及悬臂掘进机
JP2016050876A (ja) 打音検査記録装置
CN108426535A (zh) 一种狭长型构筑物实时变形监测系统及方法
Mao et al. Virtual laser target board for alignment control and machine guidance in tunnel-boring operations
CN113569428A (zh) 隧洞异常检测方法、装置及系统
JP2022046013A (ja) トンネル切羽掘削仕上げ装置および掘削仕上げ方法
CN114166178B (zh) 一种在建隧道盾构机车架段的实时变形监测方法及其系统
CN113446994A (zh) 一种新建地铁施工邻近既有车站结构的立体智能化监测方法
CN110686656A (zh) 一种矩形顶管自动化测量装置及其方法
CN114370897B (zh) 一种暗挖隧道爆破震动监测装置及方法
JPH03221617A (ja) ニューマチックケーソン工法における施工管理方法
CN114704275A (zh) 矩形顶管机多点姿态测量系统与变形监测方法
JP2023072664A (ja) リアルタイム計測によるトンネル施工作業ガイダンス方法及び装置
CN111749243B (zh) 一种半自动挖掘机数字化土方场地标高控制施工方法
KR102193830B1 (ko) 터널 막장면의 계측자료에 따른 지반 트렌드 기반의 전방 예측 방법과 예측 시스템
CN110030019B (zh) 一种隧道初期支护钢拱架快速定位放样方法
Gan et al. Tunnel deformation monitoring based on laser distance measuring and vision assistant

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant