CN208089351U - 一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，旨在提供一种使用方便的用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置。它包括激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块、电源模块、显示模块及电池；所述CC2530嵌入式处理器分别与激光测距模块、控制模块、报警模块、显示模块及存储模块耦接；所述电池与电源模块电连接；所述电源模块用于为激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块及显示模块供电；所述激光测距模块用于目标直线变形距离的测量。本实用新型安全方便，制作简单，易于推广应用。

Description

一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工设备技术领域，尤其是涉及一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置。

背景技术

铁路工程建设施工过程中，因大部分铁路工程线路设置于深山丛林，隧道施工占据较大比重，而隧道施工中防排水处理尤为重要，为确保隧道施工安全，需对围岩进行大量监测，并进行数据分析，而目前常见的监测方法及缺点：

1、人工全站仪监测通过人工架设全站仪，人工测量事先埋设好反光棱镜、标贴的测点位置，测量工程师导出数据经过计算机软件得出观测点的沉降。缺点：（1）需要人工操作，无法做到实时监测和自动预警；（2）操作复杂，需要多个测绘工程师互相配合才能操作一台仪器；（3）全站仪设备昂贵；（4）监测过程与现场施工互相干扰，只能在短时间内测出一个数据后搬离仪器，避免影响施工进度；（5）需要在测点安装棱镜标贴，比较麻烦；（6）需要专业的测绘团队进行操作。

2、激光断面扫描通过在监测断面安装电机驱动的旋转激光测距仪进行扫描测距，通过网络传输到隧道外的电脑上，与隧道设计进行对比，进而判断隧道变形的情况。缺点：（1）需要在正常施工的监测断面上安装设备，容易干扰隧道正常的施工；（2）容易被施工机械触碰破坏，隧道爆破施工破坏；（3）有电机等机械部件，在高粉尘、潮湿的洞内容易出现故障，可靠性较低；（4）需要通过网线连接到洞外的计算机设备进行计算，系统复杂，不易使用和维护；（5）隧道的施工断面需要不停的往前推进，仪器需要不断的布线组网，需要有专门组件的专业团队进行配合施工；（6）施工干扰没法避免和滤除，如人员机械对扫描激光的遮挡放炮、粉尘对激光散射带来的误差影响；（7）价格昂贵。

3、机械断面收敛测量仪器通过互相连接的机械性的壁杆装置，测量壁杆间的角度变化，通过角度换算为变形值。缺点：（1）需要在正常施工的监测断面上安装设备，容易干扰隧道正常的施工；（2）容易被施工机械触碰破坏，隧道爆破施工破坏；（3）设备笨拙，安装使用不方便；（4）需要通过网线连接到洞外的计算机设备进行计算，系统复杂，不易使用和维护；（5）隧道的施工断面需要不停的往前推进，设备需要不断的布线组网，需要有专门组件的专业团队进行配合施工；（6）价格昂贵。

4、摄影测量通过装在监测点的灯泡发出代表位置的光，用照相机拍摄不同时间点的照片，网络传输到洞外的计算机软件进行判断识别，通过同一个位置的灯泡位置的变化推算出该点的沉降变形数值。缺点：除上述监测方法的所有缺点外，本方法还存在隧道监测点给灯泡供电布线麻烦，照片光线受施工车辆遮挡、粉尘影响较大。

由于当前的实时监测技术手段存在的各种局限性，因此在施工现场，尚未有一种简单易用的监测报警器能够得到广泛应用，导致在建的隧道工程仰拱开挖期间不断出现围岩严重变形导致的垮塌“关门”事故，把掌子面施工人员困在施工面的事故。为加强复杂地质条件下的施工安全风险防范工作，有效防范事故，需要对隧道仰拱开挖期间的隧洞拱顶沉降和边墙收敛的累计位移和变形速率进行实时监测，而目前没有相应的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种投入成本低，使用方便的用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，包括激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块、电源模块、显示模块及电池；所述CC2530嵌入式处理器分别与激光测距模块、控制模块、报警模块、显示模块及存储模块耦接；所述电池与电源模块电连接；所述电源模块用于为激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块及显示模块供电；所述激光测距模块用于目标直线变形距离的测量。

优选的是，所述报警模块采用蜂鸣器。

优选的是，所述电池采用锂聚合物电池。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型使用时安装在不影响施工的任意位置，能够实时监测和显示变形数据，并现场设置报警限值，有变形就通过声音提醒，超过了限值马上声光报警。本实用新型装置实用性强、安全方便，制作简单，易于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为拱顶位移实施监测示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1所示用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，包括激光测距模块1、控制模块2、报警模块3、CC2530嵌入式处理器4、存储模块5、电源模块6、显示模块7及电池8；所述CC2530嵌入式处理器4分别与激光测距模块1、控制模块2、报警模块3、显示模块7及存储模块5耦接；所述电池8与电源模块6电连接；所述电源模块6用于为激光测距模块1、控制模块2、报警模块3、CC2530嵌入式处理器4、存储模块5及显示模块7供电；所述激光测距模块1用于目标直线变形距离的测量。

各功能模块的作用如下所述：

1、激光测距模块：型号： C8T6B，通过高精度激光测距模块完成目标直线距离的测量。

2、CC2530嵌入式处理模块：本模块硬件基于美国德州仪器TI CC2530的片上系统（SoC）解决方案。它是标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其它强大的功能，它能够以非常灵活的开发方式完成低BOM成本的智能化产品开发。具备功耗低，带自带电池监视器和温度传感器，8 路输入和可配置分辨率的12位ADC，AES安全协处理器，2个支持多种串行通信协议的强大USART，21 个通用I/O 引脚。通过内置的嵌入式算法软件，实现对本装置中所有其他模块的控制，完成系统设计功能（通过测量重力加速度的分量进行积分运算，得到三个变量值。(1)激光束与水平面的倾角；(2) 激光束当前位置和初始位置在水平面上相对转角；当监测点未发生变形时，蜂鸣器间隔较长的“滴”~“滴”鸣叫；当监测点有变形发生时，蜂鸣器鸣叫的间隔时间变短，变形越大，鸣叫时间越短，越急促；当监测点变形超过预设的报警值时，蜂鸣器长鸣，报警发生。报警模块由SOC嵌入式核心模块的GPIO进行指令控制。高音蜂鸣器由驱动电路驱动压电陶瓷片产生高音，通过谐振腔进行共鸣放大后发出高音报警蜂鸣音）。

3、显示模块：型号：STM32080C8T6，直观的显示变形数据和变形曲线，(1)主界面：1)累计位移：显示当前监测的实时累计位移值；2)位移速度：显示当前监测的单位时间内的位移速度；3)系统时间：显示当前系统的时间；4)测量用时：显示从开始测量到当前时刻的时间；5)监测模式：显示当前选择的监测模式；6)设备状态：显示当前设备工作的状态；7)初始距离：显示初始基准距离；8)激光距离：显示激光实测距离；9)水平角：显示当前设备位置与初始位置的水平角度；10)垂直角：显示当前设备位置与初始位置的垂直角度。

4、存储模块：存储实时测量数据和数据分析信息，内置TF存储卡槽，最大支持512G的TF存储卡，可以把实时数据保存在存储卡上，便于导出数据。

5、电源模块：给各模块供电。电源部分由二部分组成：(1)直流12V输入后通过电源转换模块输出3.3V、5V、12V等电压给设备的不同模块使用；（2）电池：由2块锂聚合物电池和电源充放电保护电路组成12V的后备电源组成，当有外接12V电源给设备供电时，自动进行充电，当电源停止供电时，电池模块自动给设备进行供电；

本实用新型具有如下优点：

1、一体化设计：一台设备就能实现一整套监测系统的功能。监测原始数据不需要传输到洞外计算机进行处理，设备内嵌数据滤波处理算法，在设备内即可一体化完成数据采集、滤波、参数配置、报警等整个功能。

2、安装位置灵活：设备不需要安装在监测断面，不会对施工产生干扰，也不存在被施工机械破坏的可能。

3、便携移动：设备重量轻，体积小巧，易于携带。设备固定在常规相机三脚架上，可随三脚架整体搬移到新的监测点，以适应隧道施工面的不停推进。

4、使用简单：设备配置有显示屏，可以直观的显示数据曲线。不需要专业的技术人员进行操作，现场施工人员经过简单的培训，即可通过显示屏直观的配置和使用设备。

设备内的处理器内嵌智能算法（现有自带程序），对以下干扰因素自适应，自动滤波：（1）施工机械、人员在现场不停经过，对激光的遮挡干扰（2）烟雾、粉尘、震动会对激光测距数据的干扰。（3）大型施工设备在运行过程中产生的强电磁干扰。

5、数据导出：现场监全程测数据能够通过TF卡进行导出。

6、设备可靠：隧道内环境恶劣，设备能在爆破冲击、粉尘、潮湿、电磁干扰等环境下正常使用。

7、自带电池：设备自带锂电池，无需现场排电源线，使用极为方便。

8、现场记录：传感器把施工现场的存储到内置存储卡上，便于电脑分析和存档备查。

9、设备价格低廉：通过一体化的整体设计，降低了设备成本和使用。

本实用新型监测时，如果累计变形或变形速率超过预设值，则发出声光报警，提醒现场工作人员采取必要的工程措施，调整施工工法、工艺，防止变形继续加大，在发生紧急报警时，能够发出声光信号，给施工人员的紧急撤离提供逃生时间，避免被垮塌围岩困住。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，包括激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块、电源模块、显示模块及电池；其特征在于：所述CC2530嵌入式处理器分别与激光测距模块、控制模块、报警模块、显示模块及存储模块耦接；所述电池与电源模块电连接；所述电源模块用于为激光测距模块、控制模块、报警模块、CC2530嵌入式处理器、存储模块及显示模块供电；所述激光测距模块用于目标直线变形距离的测量。

2.根据权利要求1所述用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，其特征在于：所述报警模块采用蜂鸣器。

3.根据权利要求1或2所述用于监测隧道仰拱初期支护变形的报警装置，其特征在于：所述电池采用锂聚合物电池。