CN113624202A - 一种地铁隧道变形自动化监测装置及方法 - Google Patents

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高斌
赵明喆
李亚修
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Abstract

本发明是关于一种地铁隧道变形自动化监测装置及方法，该装置包括：固定安装于隧道一侧拱腰的静力水准仪和激光测距仪，以及三处监测点，分别为设置于隧道拱顶的拱顶沉降监测点、设置于另一侧拱腰的净空收敛监测点和设置于道床的道床沉降监测点。本发明提供的方案，能够将静力水准测量技术和激光测距仪测量技术相结合，将静力水准可以测得的绝对沉降和激光测距仪可测得的相对高程、距离相结合，配合一定计算公式即可测得需求的拱顶沉降、净空收敛及道床沉降，可以在满足现场监测需求的同时，极大的降低了自动化监测的成本。

Description

一种地铁隧道变形自动化监测装置及方法
技术领域
本发明涉及隧道施工及变形测量领域，尤其涉及一种地铁隧道变形自动化监测装置及方法。
背景技术
根据《城市轨道交通隧道结构养护技术标准-CJJT-289-2018》中规定，地铁隧道在运营期应该进行常规监测。隧道监测常见测项为拱顶沉降、净空收敛和道床沉降，因地铁运营需求，现有的监测工作一般采用以下两种方式：
1.人工监测：在地铁常规区间，采用定期在夜间进行人工监测方式进行。在隧道拱顶、两侧拱腰、道床上布设对应的监测测点，主要使用水准仪和全站仪按照2次/年或更高的频率进行。由于地铁运营安全要求，人工监测尽管成本价格相对较低，但需要请点、消点等，流程较为繁琐，并且还需要进行关闭电源、检查等工作，配合部门较多，且监测存在一定的安全隐患。
2.自动化监测：在高风险段，例如，特殊地质或存在临近施工等情况，采用固定安装的自动化监测设备配套相应测点。主要采用全站仪或全站仪配套静力水准进行高频监测。此模式自动化监测频率高，监测实施安全风险较低，但所采用的设备的采购及维护费用较高。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种地铁隧道变形自动化监测装置及方法，能够将静力水准测量技术和激光测距仪测量技术相结合，将静力水准可以测得的绝对沉降和激光测距仪可测得的相对高程、距离相结合，可以满足现场监测需求的同时，极大的降低了自动化监测的成本。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种地铁隧道变形自动化监测装置，包括：固定安装于隧道一侧拱腰的静力水准仪和激光测距仪，以及三处监测点，分别为设置于隧道拱顶的拱顶沉降监测点、设置于另一侧拱腰的净空收敛监测点和设置于道床的道床沉降监测点；
所述静力水准仪用于测量所在位置的绝对沉降值；所述激光测距仪用于测量与所述净空收敛监测点的相对距离，以及所述拱顶沉降监测点和道床沉降监测点的相对高程。
进一步，所述监测点包括固定钢筋、焊接铁和反光片，所述固定钢筋的一端固定安装于隧道的拱顶、拱腰和道床，另一端与所述焊接铁的一侧固定，所述焊接铁的另一侧表面安装所述反光片。
进一步，该装置还包括转向装置，所述转向装置被配置为带动所述激光测距仪做转动。
进一步，所述转向装置包括二轴云台结构和云台控制装置，所述激光测距仪安装于所述二轴云台结构上，所述云台控制装置与所述二轴云台结构连接，用于控制所述二轴云台结构的转向动作。
进一步，所述云台控制装置包括：处理器和无线通讯装置，所述无线通讯装置，用于接收上位机发送的转向控制指令，所述处理器，用于按照所述转向控制指令控制所述二轴云台结构的转向动作，使所述激光测距仪指向各个监测点。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于上述的装置的地铁隧道变形自动化监测方法，包括：
静力水准仪测得绝对沉降值为Δh，激光测距仪测得所述拱顶沉降监测点的初始相对高程为H1，后续监测所得高程值为H1’，则拱顶沉降ΔH1＝H1’-H1+Δh。
进一步，该方法还包括：
激光测距仪测得净空收敛监测点的初始相对距离为L1，后续监测所得距离值为L1’，则净空收敛ΔL1＝L1’-L1。
进一步，该方法还包括：
激光测距仪测得道床沉降监测点的初始相对高程为H2，后续监测所得高程值为H2’，则道床沉降ΔH2＝Δh-(H2’-H2)。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
能够将静力水准测量技术和激光测距仪测量技术相结合，将静力水准可以测得的绝对沉降和激光测距仪可测得的相对高程、距离相结合，配合一定计算公式即可测得需求的拱顶沉降、净空收敛及道床沉降，可以在满足现场监测需求的同时，极大的降低了自动化监测的成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是根据本发明一示例性实施例示出的一种地铁隧道变形自动化监测装置的结构及其监测原理示意图；
图2是转向装置的结构示意图；
图3是监测点的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以下结合附图详细描述本发明实施例的技术方案。
图1是根据本发明一示例性实施例示出的一种地铁隧道变形自动化监测装置的结构及其监测原理示意图。
参见图1，该装置包括：固定安装于隧道一侧拱腰的静力水准仪1和激光测距仪2，以及三处监测点，分别为设置于隧道拱顶的拱顶沉降监测点3、设置于另一侧拱腰的净空收敛监测点4和设置于道床的道床沉降监测点5。
如图1所示，静力水准仪1测得的绝对沉降值为Δh，使激光测距仪2对准拱顶沉降监测点3，即可测得拱顶沉降监测点3的初始相对高程为H1，后续监测所得高程值为H1’，则拱顶沉降ΔH1＝H1’-H1+Δh。
使激光测距仪2对准净空收敛监测点4，即可测得净空收敛监测点4的初始相对距离为L1，后续监测所得距离值为L1’，则净空收敛ΔL1＝L1’-L1。
使激光测距仪2对准道床沉降监测点5，即可测得道床沉降监测点5的初始相对高程为H2，后续监测所得高程值为H2’，则道床沉降ΔH2＝Δh-(H2’-H2)。
可选地，如图2所示，该装置还包括转向装置6，转向装置6包括二轴云台结构61和云台控制装置62，激光测距仪2安装于二轴云台结构61上，云台控制装置62与二轴云台结构61连接，用于控制二轴云台结构61的转向动作。
本实施例中的二轴云台结构61可采用现有设备实现，其能够实现水平和俯仰两个方向的转动，激光测距仪2固定安装于二轴云台结构61的上方平台，从而能够随二轴云台结构61的转动而改变激光测距仪2的测量方向，使其测量各个监测点。
另外，云台控制装置62包括：处理器和无线通讯装置，无线通讯装置能够接收上位机发送的转向控制指令，处理器按照转向控制指令控制二轴云台结构61的转向动作，使激光测距仪2能够指向各个监测点，这里涉及的控制程序可采用现有的云台控制程序实现。
可选地，在该实施例中，如图3所示，监测点包括固定钢筋31、焊接铁32和反光片33，固定钢筋31的一端固定安装于隧道的拱顶、拱腰和道床，另一端与所述焊接铁32的一侧固定，所述焊接铁32的另一侧表面安装所述反光片33。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地铁隧道变形自动化监测装置，其特征在于，包括：固定安装于隧道一侧拱腰的静力水准仪和激光测距仪，以及三处监测点，分别为设置于隧道拱顶的拱顶沉降监测点、设置于另一侧拱腰的净空收敛监测点和设置于道床的道床沉降监测点；
所述静力水准仪用于测量所在位置的绝对沉降值；所述激光测距仪用于测量与所述净空收敛监测点的相对距离，以及所述拱顶沉降监测点和道床沉降监测点的相对高程。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测点包括固定钢筋、焊接铁和反光片，所述固定钢筋的一端固定安装于隧道的拱顶、拱腰和道床，另一端与所述焊接铁的一侧固定，所述焊接铁的另一侧表面安装所述反光片。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括转向装置，所述转向装置被配置为带动所述激光测距仪做转动。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述转向装置包括二轴云台结构和云台控制装置，所述激光测距仪安装于所述二轴云台结构上，所述云台控制装置与所述二轴云台结构连接，用于控制所述二轴云台结构的转向动作。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述云台控制装置包括：处理器和无线通讯装置，所述无线通讯装置，用于接收上位机发送的转向控制指令，所述处理器，用于按照所述转向控制指令控制所述二轴云台结构的转向动作，使所述激光测距仪指向各个监测点。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的装置的地铁隧道变形自动化监测方法，其特征在于，包括：
静力水准仪测得绝对沉降值为Δh，激光测距仪测得所述拱顶沉降监测点的初始相对高程为H1，后续监测所得高程值为H1’，则拱顶沉降ΔH1＝H1’-H1+Δh。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
激光测距仪测得净空收敛监测点的初始相对距离为L1，后续监测所得距离值为L1’，则净空收敛ΔL1＝L1’-L1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
激光测距仪测得道床沉降监测点的初始相对高程为H2，后续监测所得高程值为H2’，则道床沉降ΔH2＝Δh-(H2’-H2)。
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