CN117889823A - 一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工程测量变形监测技术领域，尤其为一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，先构建预警系统，预警系统包括数据采集端和预警中心，数据采集端包括固定于深埋段的初始基准点靶标、自动化监测单元、危险断面拱顶监测靶标和传递基准点靶标，以深埋稳定段反光靶标作为初始基准点，通过交叉间隔式布设侧壁固定式自动化监测单元与传递基准点，根据基准点位移监测各浅埋段、明洞段等危险断面拱顶测点相对于基准点的拱顶沉降。本发明根据高精度自动化监测单位与传递式布设方法，实现了运营期隧道危险断面拱顶沉降绝对值的自动化监测，可实现隧道整体沉降的实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及工程测量变形监测技术领域，具体为一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法。
背景技术
受较差地质条件或长降雨等因素的影响，隧道洞口段、明洞段以及浅埋段的周边地层极易强度、稳定性陡降，使得隧道整体沉降。
现有针对隧道沉降的监测方法包括人工监测以及自动化监测。
人工监测需要在隧道拱顶打设靶标，通过全站仪、激光测距仪等方式进行监测，测量时需要封闭运营隧道以及进行交通管制，造成较大的经济损失且不保证监测人员安全。
自动化监测目前普遍采用固定断面式监测，即自动化监测单元仅针对单一断面的拱顶沉降监测，当隧道产生整体沉降时自动化监测单元也同步沉降，监测数值准确性难以保证，因此，针对上述问题提出一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，先构建预警系统，预警系统包括数据采集端和预警中心，数据采集端包括固定于深埋段的初始基准点靶标、自动化监测单元、危险断面拱顶监测靶标和传递基准点靶标，数据采集端的数据采集包括以下步骤：
S1、确定隧道的目标危险断面与深埋稳定段桩号，于深埋稳定断面拱顶布设初始基准点靶标；
S2、将自动化监测单元交叉间隔一段距离布设，其中，自动化监测单元包括图像位移传感器、PLC与配套无线传输设备；
S3、在自动化监测单元与初始基准点之间囊括危险断面与传递基准点布设断面；
S4、于危险目标断面的拱顶布设靶标，于传递断面布设传递基准点靶标；
S5、针对各监测靶标与基准点靶标，人工控制自动化监测单元调整监测范围，囊括基准点靶标和目标断面拱顶监测靶标，测量各靶标与自动化监测单元的距离；
S6、将各靶标的距离信息传输给自动化监测单元，并根据需要设置监测频率；
S7、自动化监测单元监测到的沉降为目标靶标相对于基准点靶标的沉降相对值，当基准点靶标为初始基准点时，所测得沉降相对值实际上为沉降绝对值，以时间为轴线将多个沉降绝对值形成隧道监测区域拱顶沉降变形曲线。
作为一种优选方案，基准点靶标布设于非隧道拱顶处。
作为一种优选方案，传递基准点靶标所处断面靠近自动化监测单元布设断面。
作为一种优选方案，自动化监测单元交叉间隔不大于100m。
作为一种优选方案，远离基准点靶标的自动化监测单元布设于曲线隧道外侧。
作为一种优选方案，自动化监测单元布设于隧道两侧拱腰处。
作为一种优选方案，预警中心包括标准数据库、沉降数据分析和维护调度；标准数据库建立地图模型，将监控区域内全部隧道的位置在地图模型中标注，生成对应隧道的定位信息，通过大数据对接隧道设计单位和施工单位，调取隧道设计图纸，获取隧道拱顶最大沉降值；沉降数据分析接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，与隧道拱顶最大沉降值对比，当拱顶沉降变形曲线中的任一沉降绝对值到达隧道拱顶最大沉降值的90%，生成预警信息；维护调度接收标注隧道位置的地图模型，以隧道的定位信息为目的地，调取距离最近的维护单位，当维护调度接收预警信息时，将隧道信息和预警信息同步发送到维护单位，维护单位根据隧道信息和预警信息即刻做出维护动作。
作为一种优选方案，沉降数据分析在接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，以时间为轴线分析阶段时间内沉降绝对值变化差值，当差值超过X时，生成预警信息。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，有益效果是：根据高精度自动化监测单位与传递式布设方法，实现了运营期隧道危险断面拱顶沉降绝对值的自动化监测，可得到运营期隧道拱顶沉降绝对值曲线，安全、实时、高频、稳定且精度较高，能满足运营期隧道不中断交通条件下的自动化监测需求，保证隧道结构在长期运营环境下的安全性。
附图说明
图1为本发明一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法整体结构示意图；
图2为本发明一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法截面结构示意图；
图3为本发明中横断面布设示意图；
图4为本发明中B1、B2点传递式计算原理图；
图5为本发明中B1、B3点传递式计算原理图；
图6为本发明中B3、B4点传递式计算原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1-4所示，本发明实施例提供一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，先构建预警系统，预警系统包括数据采集端和预警中心，数据采集端包括固定于深埋段的初始基准点靶标、自动化监测单元、危险断面拱顶监测靶标和传递基准点靶标，数据采集端的数据采集包括以下步骤：
S1、确定隧道的目标危险断面与深埋稳定段桩号，于深埋稳定断面拱顶布设初始基准点靶标，基准点靶标布设于非隧道拱顶处；
S2、将自动化监测单元交叉间隔一段距离布设，其中，自动化监测单元包括图像位移传感器、PLC与配套无线传输设备，自动化监测单元交叉间隔不大于100m，远离基准点靶标的自动化监测单元布设于曲线隧道外侧，自动化监测单元布设于隧道两侧拱腰处；
S3、在自动化监测单元与初始基准点之间囊括危险断面与传递基准点布设断面，传递基准点靶标所处断面靠近自动化监测单元布设断面；
S4、于危险目标断面的拱顶布设靶标，于传递断面布设传递基准点靶标；
S5、针对各监测靶标与基准点靶标，人工控制自动化监测单元调整监测范围，囊括基准点靶标和目标断面拱顶监测靶标，测量各靶标与自动化监测单元的距离；
S6、将各靶标的距离信息传输给自动化监测单元，并根据需要设置监测频率；
S7、自动化监测单元监测到的沉降为目标靶标相对于基准点靶标的沉降相对值，当基准点靶标为初始基准点时，所测得沉降相对值实际上为沉降绝对值，以时间为轴线将多个沉降绝对值形成隧道监测区域拱顶沉降变形曲线。
本实施例中，预警中心包括标准数据库、沉降数据分析和维护调度；标准数据库建立地图模型，将监控区域内全部隧道的位置在地图模型中标注，生成对应隧道的定位信息，通过大数据对接隧道设计单位和施工单位，调取隧道设计图纸，获取隧道拱顶最大沉降值；沉降数据分析接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，与隧道拱顶最大沉降值对比，当拱顶沉降变形曲线中的任一沉降绝对值到达隧道拱顶最大沉降值的90%，生成预警信息；维护调度接收标注隧道位置的地图模型，以隧道的定位信息为目的地，调取距离最近的维护单位，当维护调度接收预警信息时，将隧道信息和预警信息同步发送到维护单位，维护单位根据隧道信息和预警信息即刻做出维护动作；
进一步，沉降数据分析在接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，以时间为轴线分析阶段时间内沉降绝对值变化差值，当差值超过X时，生成预警信息。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述：
请参阅图1-6，包括以下步骤：
步骤一、根据隧道地质文件选择深埋稳定断面1-1、目标危险断面2-2；
步骤二、在深埋稳定断面1-1与目标危险断面2-2拱顶布设靶标，其中，深埋稳定断面1-1上为初始基准点靶标B1，危险断面2-2上为目标监测靶标B2；
步骤三、根据自动化监测单元的监测有效距离、精度、范围选择传递断面3-3，其中传递监测断面上布设靶标B3；
步骤四、根据自动化监测单元的监测有效距离、精度、范围选择自动化监测单元布设断面4-4，自动化监测单元成像范围内包括初始基准点靶标B1、目标监测靶标B2以及传递靶标B3；
步骤五、当包括断面2-2、3-3、4-4的隧道浅埋段或明洞段发生整体沉降时，B1靶标不动，B2靶标产生沉降，由于自动化监测单元A1也产生沉降，因此，在自动化监测单元的成像范围内，显示B1、B2分别产生位移（Δx B1，Δy B1）、（Δx B2，Δy B2）；将B2产生的位移投影至初始基准点断面1-1上，则B2在基准点断面上的位移变为（Δx B2×D1/D2，Δy B2× D1/D2）；同一基准点断面上，B2相对于B1的位移为（Δx B1B2，Δy B1B2）=（Δx B2×D1/D2-Δx B1，Δy B2×D1/D2-Δy B1）。当初始基准点保持不动时，则目标监测断面沉降绝对值为（Δy B2×D1/D2-Δy B1）；
请参阅图5和图6，将目标监测靶标B2替换为传递靶标B3，代入步骤五的处理方式，即：B1靶标不动，B3靶标产生沉降，由于自动化监测单元A1也产生沉降，因此，在自动化监测单元的成像范围内，显示B1、B3分别产生位移（Δx B1，Δy B1）、（Δx B3，Δy B3）；将B3产生的位移投影至初始基准点断面1-1上，则B3相对于B1的位移为（Δx B1B3，Δy B1B3）；当初始基准点保持不动时，可得到传递基准点B3相对于初始基准点B1的沉降相对值Δy B1B3。同样地，基于自动化监测单元A2，以B3为基准点，B3靶标不动，B4靶标产生沉降，由于自动化监测单元A2也产生沉降，因此，在自动化监测单元A2的成像范围内，显示B3、B4分别产生位移（Δx B3，Δy B3）、（Δx B4，Δy B4）；将B4产生的位移投影至传递基准点断面3-3上，可以得到B4相对于B3的位移为（Δx B3B4，Δy B3B4），当初始基准点保持不动时Δy B1B3与Δy B3B4相加即为目标靶标B4的沉降绝对值；
进一步地，利用传递靶标B5进一步传递位移从而将相对沉降转化为绝对沉降，并以时间为轴线将多个沉降绝对值即可形成隧道监测区域拱顶沉降变形曲线。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：先构建预警系统，预警系统包括数据采集端和预警中心，所述数据采集端包括固定于深埋段的初始基准点靶标、自动化监测单元、危险断面拱顶监测靶标和传递基准点靶标，所述数据采集端的数据采集包括以下步骤：
S1、确定隧道的目标危险断面与深埋稳定段桩号，于深埋稳定断面拱顶布设初始基准点靶标；
S2、将自动化监测单元交叉间隔一段距离布设，其中，自动化监测单元包括图像位移传感器、PLC与配套无线传输设备；
S3、在自动化监测单元与初始基准点之间囊括危险断面与传递基准点布设断面；
S4、于危险目标断面的拱顶布设靶标，于传递断面布设传递基准点靶标；
S5、针对各监测靶标与基准点靶标，人工控制自动化监测单元调整监测范围，囊括基准点靶标和目标断面拱顶监测靶标，测量各靶标与自动化监测单元的距离；
S6、将各靶标的距离信息传输给自动化监测单元，并根据需要设置监测频率；
S7、自动化监测单元监测到的沉降为目标靶标相对于基准点靶标的沉降相对值，当基准点靶标为初始基准点时，所测得沉降相对值实际上为沉降绝对值，以时间为轴线将多个沉降绝对值形成隧道监测区域拱顶沉降变形曲线。
2.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述基准点靶标布设于非隧道拱顶处。
3.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述传递基准点靶标所处断面靠近自动化监测单元布设断面。
4.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述自动化监测单元交叉间隔不大于100m。
5.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：远离基准点靶标的自动化监测单元布设于曲线隧道外侧。
6.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述自动化监测单元布设于隧道两侧拱腰处。
7.根据权利要求1所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述预警中心包括标准数据库、沉降数据分析和维护调度；所述标准数据库建立地图模型，将监控区域内全部隧道的位置在地图模型中标注，生成对应隧道的定位信息，通过大数据对接隧道设计单位和施工单位，调取隧道设计图纸，获取隧道拱顶最大沉降值；所述沉降数据分析接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，与隧道拱顶最大沉降值对比，当拱顶沉降变形曲线中的任一沉降绝对值到达隧道拱顶最大沉降值的90%，生成预警信息；所述维护调度接收标注隧道位置的地图模型，以隧道的定位信息为目的地，调取距离最近的维护单位，当维护调度接收预警信息时，将隧道信息和预警信息同步发送到维护单位，维护单位根据隧道信息和预警信息即刻做出维护动作。
8.根据权利要求7所述的一种隧道运营期拱顶沉降的传递式监测方法，其特征在于：所述沉降数据分析在接收隧道监测区域拱顶沉降变形曲线后，以时间为轴线分析阶段时间内沉降绝对值变化差值，当差值超过X时，生成预警信息。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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