CN208669355U - 隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，包括GPS监测组件、激光扫描组件、监测组件、数据处理组件和控制组件；所述GPS监测组件包括GPS监测器、发送天线和接收天线；所述GPS监测器包括GPS接收机；所述激光扫描组件包括至少两个激光扫描仪；所述监测组件包括边坡状态采集装置、智能采集器和微控制器；所述数据处理组件包括数据处理中心；所述控制组件包括控制器和数据储存器。本实用新型的结构简单，可以有效监测隧道运营阶段洞口边坡的状态，控制器处理监测数据，如若与预设阈值有较大出入则立即报告给相关部门，然后及时采取相应措施，从而保障隧道运营阶段洞口边坡的安全。

Description

隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及隧道洞口安全的技术领域，具体而言，涉及隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统。

背景技术

随着中国经济的高速发展和西部大开发的不断推进，公路和铁路在内的多种基础设施建设已经进入极速发展的阶段。我国国土面积大，跨越的地域广，地质条件差异大，特别在我国西部地区，公路和铁路的建设是离不开隧道的，而隧道出入口边坡的稳定性是隧道工程建设是否成功的关键因素。隧道洞口段一般处于山体斜坡面上，并且往往都受到地表水的侵蚀，风化严重。加上在洞口段隧道埋深往往较浅,结构上部岩土体难以形成承载拱,所以洞口仰坡地表坡面容易受拉开裂,当边坡不能靠自身的调整达到平衡时，边坡的变形将进一步加剧，表现为开裂、塌陷等。当边坡变形超过其允许范围时，隧道洞口边坡将产生最终的失稳破坏。在隧道运营阶段，如若洞口边坡发生滑坡和坍塌，这会对交通的通畅和人民的安全造成严重威胁。

为保证隧道的运营安全，必须对隧道洞口边坡进行长期的安全监测，以此了解隧道结构在严酷环境中的受力及内环境状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况、内环境做出评估并加以有效处理，目前，还未有完善且有效的隧道运营阶段安全监测系统来对隧道洞口边坡的安全状态进行实时的监测。

实用新型内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以监测隧道洞口边坡状态的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统。该隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统包括GPS监测组件、激光扫描组件、监测组件、数据处理组件和控制组件；所述GPS监测组件包括GPS监测器、发送天线和接收天线；所述GPS监测器包括GPS接收机；所述激光扫描组件包括至少两个激光扫描仪；所述监测组件包括边坡状态采集装置、智能采集器和微控制器；所述数据处理组件包括数据处理中心；所述控制组件包括控制器和数据储存器。

GPS监测组件通过GPS监测器对隧道洞门边坡进行监测并将获取的隧道洞门边坡的三维变形信息通过所述接收天线和发射天线传输给所述数据处理中心。激光扫描组件利用激光扫描仪收集目标边坡面的图像并通过无线网络将图像发送至所述数据处理中心，从而有助于判断是否有滑坡和泥石流的可能性。监测组件可以通过边坡状态采集装置实时监测隧道洞口边坡环境并将监测结果实时传输至所述数据处理中心。数据处理中心实时接收GPS监测器、激光扫描仪和边坡状态采集装置的监测数据并将该监测数据传输给数据储存器进行保存和查询，然后控制器处理该监测数据，如若与预设阈值有较大出入则立即报告给相关部门，然后及时采取相应措施，从而保障隧道运营阶段洞口边坡的安全。所述控制器还可控制GPS监测组件、激光扫描组件和监测组件的运行或停止。

进一步地，所述GPS接收机为四个。由此，获得的实时位移数据更加准确。

进一步地，所述四个GPS接收机中，其中一个设于基准站上，另外三个设于流动站上；或所述四个GPS接收机中，其中一个设于基准站上，另外三个设于另外一个基准站上进行流动观测。由此，获得的实时位移数据更加准确。

进一步地，还包括太阳能供电系统。所述太阳能供电系统为GPS监测组件、激光扫描组件、监测组件、数据处理组件和控制组件中任意几个供电，通过设置太阳能供电系统可以降低供电施工难度与监测系统的费用。

进一步地，所述边坡状态采集装置包括倾角计、测缝仪、钢筋计、雨量计和锚索测力计；上述各个装置协同作用，能在最大程度上将可能存在的安全隐患及时传输给数据处理中心进行分析，有助于提升隧道洞口边坡的安全运营。其中，所述的倾角计主要采用表面倾斜观测，使用基康GK6300；所述测缝仪主要观测岩体和支护结构的内部和表面的接缝和裂缝变化情况；所述钢筋计串联在锚杆上，所述钢筋计优选为振弦式钢筋计；所述雨量计主要对降雨量进行监测，所述雨量计优选为翻斗式雨量计；所述锚索测力计主要监测锚索预应力，所述锚索测力计优选为振弦式锚索测力计。所述边坡状态采集装置通过CAN总线与所述智能采集器连接。通过CAN总线传输数据的安全性高且准确度高，有助于及时准确地传输监测数据。所述CAN总线是控制器局域网络的简称，是国际上应用最为广泛的现场总线之一。

进一步地，所述激光扫描组件与所述数据处理中心之间采用无线网络通信；所述微控制器与所述数据处理中心之间采用无线网络通信。由此，确保在任何情况下都可实时传输监测数据并下发相应指令。

进一步地，所述无线网络为GPRS和/或3G网络。

进一步地，所述智能采集器采用DT80智能采集器；DT80智能采集器具有128MB大容量的备用内部数据存储器，具有18位高分辨率A/D转换，并具有自检、自诊断功能。

进一步地，所述GPS监测组件还包括第一路由器和第一调制解调器；所述数据处理组件还包括第二路由器和第二调制解调器。由此，提升数据传输的稳定性和有效性。

进一步地，所述激光扫描仪为ILRIS 3D三维激光扫描仪，所述激光扫描仪的测量控制点与待观测点之间的距离≤100m。ILRIS 3D三维激光扫描仪是目前测距能力最长的地面三维激光扫描仪之一，同时比起其他扫描仪，它具有最高点密度的扫描能力，能在全天候进行扫描，由此，可以获得更好的目标边坡面的3D图像，更有助于判断是否有滑坡和泥石流的可能性。

可见，本实用新型的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统的结构简单，首先，GPS监测组件通过GPS监测器对隧道洞门边坡进行监测并将获取的隧道洞门边坡的三维变形信息通过所述接收天线和发射天线传输给所述数据处理中心，其次，激光扫描组件利用激光扫描仪收集目标边坡面的图像并通过无线网络将图像发送至所述数据处理中心，从而有助于判断是否有滑坡和泥石流的可能性，同时，监测组件可以通过边坡状态采集装置实时监测隧道洞口边坡环境并将监测结果实时传输至所述数据处理中心。数据处理中心实时接收GPS监测器、激光扫描仪和边坡状态采集装置的监测数据并将该监测数据传输给数据储存器进行保存和查询，然后控制器处理该监测数据，如若与预设阈值有较大出入则立即报告给相关部门，然后及时采取相应措施，从而保障隧道运营阶段洞口边坡的安全。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为本实用新型具体实施方式的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。所述测量控制点是指在测量区域范围布设的一系列点，用来完成对整个区域的测量。所述原有控制点是指已有的国家控制点或者其他工程布设的可靠地控制点。所述基准站是对卫星导航信号进行长期连续观测，并由通信设施将观测数据实时或定时传送至数据中心的地面固定观测站。所述流动站是在基准站的一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。

如图1所示的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，包括GPS监测组件、激光扫描组件、监测组件、数据处理组件、控制组件和太阳能供电系统；

所述GPS监测组件包括GPS监测器、第一路由器、第一调制解调器、发送天线和GPS卫星；其中，所述GPS监测器采用双频静态定位方式，使用四台GPS接收机同步观测，其中有一台架设在基准站上,另外三台设在流动站上。

所述激光扫描组件采用地面型固定式三维激光扫描系统，并使用三台ILRIS 3D三维激光扫描仪。在待测运营隧道洞口边坡段，使所述ILRIS 3D三维激光扫描仪的测量控制点与待观测点之间的距离≤100m，将测量控制点与原有控制点进行联合测量；其中，采用常规测量的方法来确定测量控制点，如根据原有控制点，通过水准测量和平面测量得到测量控制点。此外，还可以在每次扫描前对测量控制点进行复测，以验证测量控制点是否有位移和破坏情况，之后再进行扫描工作。

所述监测组件包括边坡状态采集装置、DT80智能采集器和微控制器；所述边坡状态采集装置包括倾角计、测缝仪、振弦式钢筋计、翻斗式雨量计、振弦式锚索测力计，所述的倾角计主要采用表面倾斜观测，使用基康GK6300；所述测缝仪主要观测岩体和支护结构内部和表面的接缝和裂缝变化情况，所述振弦式钢筋计串联在锚杆上，所述翻斗式雨量计主要对降雨量进行监测，所述振弦式锚索测力计主要监测锚索预应力；所述边坡状态采集装置通过CAN总线与DT80智能采集器连接。所述微控制器为单片机。

所述数据处理组件包括接收天线、第二路由器、第二调制解调器和数据处理中心。

所述控制组件包括控制器和数据储存器。

首先，四台GPS接收机监测隧道洞口边坡处的四个GPS静态监测点的实时位移数据并通过IP送入所述第一路由器，所述第一路由器将数字信号送入所述第一调制解调器，然后通过所述发送天线发向GPS卫星，然后所述数据处理中心的接收天线接收到来自GPS卫星的信号，经处理后送入所述第二调制解调器，经所述第二调制解调器解调和处理后，转换为数字信号送入所述第二路由器，最终经过所述第二路由器处理后将信号送入所述数据处理中心。

其次，激光扫描组件利用三台ILRIS 3D三维激光扫描仪收集三张目标边坡面的3D图像，数据并通过GPRS网络发送至所述数据处理中心。

然后，边坡状态采集装置将采集的隧道运营阶段洞口边坡倾斜角度、裂缝宽度、锚杆应力、降雨量、锚索预应力等实时数据通过CAN总线传送至所述DT80智能采集器，所述DT80智能采集器将采集的数据有线传输给所述单片机，所述单片机将监测数据用GPRS网络发送至所述数据处理中心，所述数据处理中心对原始数据进行删选、计算等处理并将监测数据转化为可视化数字与预设阈值进行比较。

所述数据处理中心实时接收GPS监测器、ILRIS 3D三维激光扫描仪以及边坡状态采集装置的监测数据，并将监测数据以时间历程曲线图、变形图、趋势预测等图表形式实时显示和记录，然后发送给所述数据储存器。所述控制器不仅可以控制GPS监测组件、激光扫描组件和监测组件的运行或停止，还可以对所述数据处理中心传输的监测数据进行评估和分析，当所观测边坡中的倾斜角度、裂缝宽度、边坡位移、边坡内部应力等任一指标大于预设阈值时立即报告给相关部门，从而避免发生事故。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：包括GPS监测组件、激光扫描组件、监测组件、数据处理组件和控制组件；

所述GPS监测组件包括GPS监测器、发送天线和接收天线；所述GPS监测器包括GPS接收机；

所述激光扫描组件包括至少两个激光扫描仪；

所述监测组件包括边坡状态采集装置、智能采集器和微控制器；

所述数据处理组件包括数据处理中心；

所述控制组件包括控制器和数据储存器。

2.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述GPS接收机为四个。

3.如权利要求2所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述四个GPS接收机中，其中一个设于基准站上，另外三个设于流动站上；或所述四个GPS接收机中，其中一个设于基准站上，另外三个设于另外一个基准站上进行流动观测。

4.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：还包括太阳能供电系统。

5.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述边坡状态采集装置包括倾角计、测缝仪、钢筋计、雨量计和锚索测力计；所述边坡状态采集装置通过CAN总线与所述智能采集器连接。

6.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述激光扫描组件与所述数据处理中心之间采用无线网络通信；所述微控制器与所述数据处理中心之间采用无线网络通信。

7.如权利要求6所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述无线网络为GPRS和/或3G网络。

8.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述智能采集器采用DT80智能采集器。

9.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述GPS监测组件还包括第一路由器和第一调制解调器；所述数据处理组件还包括第二路由器和第二调制解调器。

10.如权利要求1所述的隧道运营阶段洞口边坡安全监测系统，其特征在于：所述激光扫描仪为ILRIS 3D三维激光扫描仪，所述激光扫描仪的测量控制点与待观测点之间的距离≤100m。