CN112902933A - 一种隧道结构变形监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道结构变形监测装置及监测方法，涉及隧道监测技术领域，包括预埋件、监测板和反射膜片，所述监测板固定在所述预埋件的一端，所述预埋件的另一端固定在隧道围岩内，所述反射膜片位于所述监测板的中心位置，所述反射膜片朝向全站仪设站一侧。本发明中能够对隧道结构的变形情况进行非接触式、持续的监测和反馈，根据监测的数据对隧道结构形变情况进行判断，提高了隧道建设期间的安全风险管控程度，节省了大量人力成本，并避免了诸多人工操作的误差，既提高了监测精度，又降低了监测成本。
Description
技术领域
本发明涉及隧道监测技术领域，特别是涉及一种隧道结构变形监测装置及监测方法。
背景技术
为了确保隧道建设期间的结构安全，需要对隧道开挖建设中的周边围岩及初期支护情况进行监测，根据监测所得形变情况采取相应的措施，并以此确定二衬施做时机。目前现有技术中主要采用的收敛计、水准仪及埋设挂钩方式进行测量，该方法需要人工操作步骤多，受施工影响大，工作需要条件苛刻，没有对隧道结构变化进行持续监测的条件，现有的定期或者间隔一段时间检验的方式存在监测不完整的缺陷，对于隧道开挖建设这类危大工程的安全管理带来不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道结构变形监测装置及监测方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对建设中的隧道拱顶及周边收敛情况进行监测，根据监测结果及时采取相应的措施，提高隧道建设的稳定性和安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种隧道结构变形监测装置，包括预埋件、监测板和反射膜片，所述监测板固定在所述预埋件的一端，所述预埋件的另一端固定在隧道围岩内，所述反射膜片位于所述监测板的中心位置，所述反射膜片朝向全站仪设站一侧。
优选的，所述监测板为十字对中结构，所述监测板的各侧均开设有十字对中切口，所述监测板的最小尺寸为60mm*60mm，所述监测板为厚度不小于3mm的不锈钢钢板。
优选的，所述监测板的中心与所述预埋件的轴线位于同一平面。
优选的，所述反射膜片包括若干均布微型棱镜和透明塑料薄膜，所述透明塑料薄膜覆盖在若干所述微型棱镜的一面，若干所述微型棱镜的另一面固定在所述监测板上。
本发明还提供了一种采用所述的隧道结构变形监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤一：制作隧道结构变形监测装置；
步骤二：布设隧道拱顶下沉和周边收敛变形监测的监测点；
步骤三：隧道开挖并初喷混凝土后，在各监测点处的围岩中钻孔，将隧道结构变形监测装置的预埋件锚固在钻孔中；
步骤四：采用高精度全站仪进行隧道拱顶下沉、周边收敛变形监测，在不同时间点按盘左、盘右两个盘位观测至少一测回测量两个监测点之间的距离或各监测点的三维坐标，计算出前后两次监测的变形值；
步骤五：对隧道拱顶下沉及周边收敛的监测数据进行整理，通过绘制时程曲线图、监测横断面图、监测纵断面图，对监测数据的变化规律、影响范围进行分析，并结合监测数据变化与施工工序、工法的关系，综合地层条件、外界影响，判断隧道结构及周边围岩体的变化情况。
优选的，所述步骤二中，进行拱顶下沉监测时，沿隧道开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点，每5m布设一个监测断面，每个监测断面上布设3个监测点。
优选的，所述步骤二中，进行周边收敛监测时，沿隧道开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点，每5m布设一个监测断面。
优选的，所述步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中，每个监测断面上布设五条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的三条周边收敛量测线位于同一水平线；或，中隔壁法中，每个监测断面上布设四条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线位于同一水平线；或，台阶法中，每个监测断面上布设三条周边收敛量测线，三条周边收敛量测线自上而下布设；或，单侧壁导坑法每个监测断面上布设六条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，中间的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线位于同一水平线。
优选的，所述步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中的双侧壁或中隔壁法的中隔壁拆除后，二衬施作前，形成贯通隧道的上下两道周边收敛量测线，能够对隧道左右侧壁测点继续观测，监测点继续采用左右导洞两侧原监测点进行全断面收敛监测。
优选的，所述步骤三中，预埋件锚固在钻孔中时，预埋件与隧道周边轮廓线垂直，复喷混凝土后，对各监测点的隧道结构变形监测装置做好标记，并悬挂监测标识牌。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中能够对隧道结构的变形情况进行非接触式、持续的监测和反馈，根据监测的数据对隧道结构形变情况进行判断，提高了隧道建设期间的安全风险管控程度，节省了大量人力成本，并避免了诸多人工操作的误差，既提高了监测精度，又降低了监测成本。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的隧道结构变形监测装置示意图；
图2为本发明的监测板和反射膜片示意图；
图3为本发明的隧道结构变形监测装置安装示意图；
图4为本发明的台阶法洞内拱顶下沉监测点断面布置图；
图5为本发明的单侧壁导坑法洞内拱顶下沉监测点断面布置图；
图6为本发明的双侧壁导坑法洞内拱顶下沉监测点断面布置图；
图7为本发明的中隔壁法洞内拱顶下沉监测点断面布置图；
图8为本发明的台阶法洞内周边收敛监测点断面布置图；
图9为本发明的单侧壁导坑法洞内周边收敛监测点断面布置图；
图10为本发明的双侧壁导坑法洞内周边收敛监测点断面布置图；
图11为本发明的中隔壁法洞内周边收敛监测点断面布置图；
其中：1-预埋件，2-监测板，3-反射膜片，4-隧道，5-监测点，6-拱顶下沉量测线，7-周边收敛量测线。
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种隧道结构变形监测装置及监测方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对建设中的隧道拱顶及周边收敛情况进行监测，根据监测结果及时采取相应的措施，提高隧道建设的稳定性和安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图3所示：本实施例提供了一种隧道结构变形监测装置，包括预埋件1、监测板2和反射膜片3，监测板2通过焊接固定在预埋件1的一端，预埋件1的另一端固定在隧道4围岩内，反射膜片3位于监测板2的中心位置，反射膜片3朝向全站仪设站一侧。
本实施例中，预埋件1通过钻孔锚固方式固定于隧道4内，深入隧道4周边围岩体内，深入围岩体的长度根据隧道4周边围岩体的地质条件及完整性来确定，预埋件1长度由深入围岩体长度及隧道支护结构设计厚度来确定。
本实施例中，预埋件1采用直径为18～25mm、长约为480mm钢筋制成。
本实施例中，监测板2为十字对中结构，具有不易变形、易于观测的优点，以便于提高监测精度，监测板2的各侧均开设有十字对中切口，监测板2的最小尺寸为60mm*60mm，监测板2为厚度不小于3mm的不锈钢钢板。
本实施例中，监测板2的中心与预埋件1的轴线位于同一平面。
本实施例中，反射膜片3具有回复反射性能，反射膜片3包括若干均布微型棱镜和透明塑料薄膜，透明塑料薄膜覆盖在若干微型棱镜的一面，若干微型棱镜的另一面涂有压敏不干胶且固定在监测板2上。反射膜片3的大小可以任意裁剪，在方便照准的前提下尺寸尽量小，便于保护，减少浪费。
实施例二
如图4-图11所示：本实施例提供了一种采用实施例一的隧道结构变形监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤一：制作隧道结构变形监测装置；
步骤二：布设隧道4拱顶下沉和周边收敛变形监测的监测点5；
步骤二中，进行拱顶下沉监测时，沿隧道4开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点5，每5m布设一个监测断面，每个监测断面上布设3个监测点5；
步骤二中，进行周边收敛监测时，沿隧道4开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点5，每5m布设一个监测断面；
步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中，每个监测断面上布设五条周边收敛量测线7，上方的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，下方的三条周边收敛量测线7位于同一水平线，上方的两条周边收敛量测线7与下方的三条周边收敛量测线7平行；或，中隔壁法中，每个监测断面上布设四条周边收敛量测线7，上方的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，上方的两条周边收敛量测线7与下方的两条周边收敛量测线7平行；或，台阶法中，每个监测断面上布设三条周边收敛量测线7，三条周边收敛量测线7自上而下布设，三条周边收敛量测线7平行；或，单侧壁导坑法每个监测断面上布设六条周边收敛量测线7，上方的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，中间的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线7位于同一水平线，上方的两条周边收敛量测线7、中间的两条周边收敛量测线7与下方的两条周边收敛量测线7平行；
步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中的双侧壁或中隔壁法的中隔壁拆除后，二衬施作前，形成贯通隧道4的上下两道周边收敛量测线7，能够对隧道4左右侧壁测点继续观测，监测点5继续采用左右导洞两侧原监测点5进行全断面收敛监测；
步骤三：隧道4开挖并初喷混凝土后，在各监测点5处的围岩中钻孔，孔深为400mm，孔径为42mm，将隧道结构变形监测装置的预埋件1锚固在钻孔中，将反射膜片3贴在面向全站仪设站一侧，预埋件1埋设的角度影响反射膜片3与隧道4轴线的角度，所以尽量使预埋件1与周边轮廓线垂直，复喷混凝土前，用塑料袋或水泥袋缠绕在监测板2和反射膜片3上，待喷射完毕后，解开塑料袋或水泥袋及时清理监测板2表面混凝土，使监测板2露出，随后对各监测点5的隧道结构变形监测装置用红色油漆做好标记，并悬挂监测标识牌；
步骤四：采用高精度全站仪进行隧道4拱顶下沉、周边收敛变形监测，在不同时间点按盘左、盘右两个盘位观测至少一测回测量两个监测点5之间的距离或各监测点5的三维坐标，计算出前后两次监测的变形值；
用全站仪进行监测分为相对位移监测法和绝对位移监测法两种，根据采用的全站仪不同型号，监测开展形式又可以分为人工观测和测量机器人自动化监测两种；
具体地，采用相对位移监测法进行周边收敛监测时，无须建立三维坐标系，无须控制基点，可直接测量监测断面周边各测点间的距离，包括拱顶下沉监测点5与周边收敛监测点5的距离，周边收敛监测点5之间的距离等，进行拱顶下沉监测时，需选取一个稳定的后视点，测量各监测点5与后视点的高差，从而进行拱顶下沉监测；
采用绝对位移监测法进行周边收敛监测时，根据两个已知坐标控制点，通过极坐标固定设站或后方交会自由设站的方式设站，测量各监测点5的三维坐标，比较三维坐标的变化计算监测点5的变形值；
当采用测量机器人式全站仪时，可以采用自动化监测方法，持续实时测量监测点5的三维坐标，监测隧道4拱顶下沉及周边位移变化情况，为提高监测精度，还可以将隧道结构变形监测装置的反射膜片3换成小棱镜，利用仪器的自动瞄准的功能减少了人为照准引起的误差，并且根据工程的需要，为隧道4施工提供最新的反馈信息；
步骤五：对隧道4拱顶下沉及周边收敛的监测数据进行整理，通过绘制时程曲线图、监测横断面图、监测纵断面图，对监测数据的变化规律、影响范围进行分析，并结合监测数据变化与施工工序、工法的关系，综合地层条件、外界影响，判断隧道4结构及周边围岩体的变化情况。
本实施例中能够对隧道结构的变形情况进行非接触式、持续的监测和反馈，根据监测的数据对隧道结构形变情况进行判断，提高了隧道建设期间的安全风险管控程度，节省了大量人力成本，并避免了诸多人工操作的误差，既提高了监测精度，又降低了监测成本。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种隧道结构变形监测装置，其特征在于：包括预埋件、监测板和反射膜片，所述监测板固定在所述预埋件的一端，所述预埋件的另一端固定在隧道围岩内，所述反射膜片位于所述监测板的中心位置，所述反射膜片朝向全站仪设站一侧。
2.根据权利要求1所述的隧道结构变形监测装置，其特征在于：所述监测板为十字对中结构，所述监测板的各侧均开设有十字对中切口，所述监测板的最小尺寸为60mm*60mm，所述监测板为厚度不小于3mm的不锈钢钢板。
3.根据权利要求1所述的隧道结构变形监测装置，其特征在于：所述监测板的中心与所述预埋件的轴线位于同一平面。
4.根据利要求1所述的隧道结构变形监测装置，其特征在于：所述反射膜片包括若干均布微型棱镜和透明塑料薄膜，所述透明塑料薄膜覆盖在若干所述微型棱镜的一面，若干所述微型棱镜的另一面固定在所述监测板上。
5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的隧道结构变形监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：制作隧道结构变形监测装置；
步骤二：布设隧道拱顶下沉和周边收敛变形监测的监测点；
步骤三：隧道开挖并初喷混凝土后，在各监测点处的围岩中钻孔，将隧道结构变形监测装置的预埋件锚固在钻孔中；
步骤四：采用高精度全站仪进行隧道拱顶下沉、周边收敛变形监测，在不同时间点按盘左、盘右两个盘位观测至少一测回测量两个监测点之间的距离或各监测点的三维坐标，计算出前后两次监测的变形值；
步骤五：对隧道拱顶下沉及周边收敛的监测数据进行整理，通过绘制时程曲线图、监测横断面图、监测纵断面图，对监测数据的变化规律、影响范围进行分析，并结合监测数据变化与施工工序、工法的关系，综合地层条件、外界影响，判断隧道结构及周边围岩体的变化情况。
6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：所述步骤二中，进行拱顶下沉监测时，沿隧道开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点，每5m布设一个监测断面，每个监测断面上布设3个监测点。
7.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：所述步骤二中，进行周边收敛监测时，沿隧道开挖方向每10m布设一个监测断面，浅埋段隧道、断层破碎带位置、地质风险较大及横通道前后10m范围加密布设监测点，每5m布设一个监测断面。
8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：所述步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中，每个监测断面上布设五条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的三条周边收敛量测线位于同一水平线；或，中隔壁法中，每个监测断面上布设四条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线位于同一水平线；或，台阶法中，每个监测断面上布设三条周边收敛量测线，三条周边收敛量测线自上而下布设；或，单侧壁导坑法每个监测断面上布设六条周边收敛量测线，上方的两条周边收敛量测线位于同一水平线，中间的两条周边收敛量测线位于同一水平线，下方的两条周边收敛量测线位于同一水平线。
9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于：所述步骤二中，进行周边收敛监测时，双侧壁导坑法中的双侧壁或中隔壁法的中隔壁拆除后，二衬施作前，形成贯通隧道的上下两道周边收敛量测线，能够对隧道左右侧壁测点继续观测，监测点继续采用左右导洞两侧原监测点进行全断面收敛监测。
10.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于：所述步骤三中，预埋件锚固在钻孔中时，预埋件与隧道周边轮廓线垂直，复喷混凝土后，对各监测点的隧道结构变形监测装置做好标记，并悬挂监测标识牌。
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