專利名稱：隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用在隧道施工中的隧道變形監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
目前隧道的變形測量一般是在隧道的掌子面后方進(jìn)行，測量的內(nèi)容主要有隧道的拱頂下沉變形和收斂變形，可統(tǒng)稱為收斂變形，測量基本采用人工測量，近年也有采用光學(xué)自動(dòng)掃描成像等方式來進(jìn)行測量。近年發(fā)展的隧道開挖方法如“新意法”認(rèn)為，隧道的掌子面前方的變形量同隧道的掌子面后方的變形量有一定的量化關(guān)系，也就是說如果能準(zhǔn)確的測量到掌子面前方的圍巖變形隨著掌子面的臨近的變化曲線(即隧道拱部圍巖變形曲線)，就能分析判斷出掌子面的穩(wěn)定程度及掌子面后方的總變形量，從而就可以采取相對應(yīng)的措施來保證隧道在一定的成本下安全施工。但如何獲得掌子面前方的圍巖變形隨著掌子面的臨近的變化曲線，目前為止還沒有較好的辦法。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，要解決隧道開挖時(shí)、不好獲得掌子面前方的圍巖變形隨著掌子面的臨近的變化曲線的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括有角度測量裝置，其特征在于:所述角度測量裝置由兩端均被密封住的測斜單元安放管和軸向間隔固定在測斜單元安放管內(nèi)的測斜單元組成；所述測斜單元安放管插設(shè)在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖中，并且測斜單元安放管與擬開挖的隧道軸線平行；所述測斜單元安放管內(nèi)的所有的測 斜單元通過數(shù)據(jù)線與信號處理器信號連接，信號處理器又與終端信號連接。所述信號處理器包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、輸入模塊和輸出模塊，其中輸入模塊通過數(shù)據(jù)線接收測斜單元發(fā)來的垂向角度值及水平方向角度值，CPU通過存儲(chǔ)器將輸入模塊接收來的垂向角度值及水平方向角度值處理為最終結(jié)果，輸出模塊將最終結(jié)果傳送給終端。所述輸出模塊可為有線輸出模塊或/和無線輸出模塊。所述無線輸出模塊可為GPRS模塊、WIFI模塊或3G模塊。所述測斜單元包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、角度傳感器和輸出模塊，其中角度傳感器在CPU的控制下實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且角度傳感器監(jiān)測到的垂向角度值及水平方向角度值通過A/D轉(zhuǎn)換器和CPU傳至存儲(chǔ)器，CPU再將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的垂向角度值及水平方向角度值通過輸出模塊傳至信號處理器。所述測斜單元安放管可為塑料管或鋼管。 所述終端可為手機(jī)、電腦或互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和有益效果:本實(shí)用新型利用了固定位置的測斜單元安放管和測斜單元，可以測量出隧道掌子面前方的不同位置的拱部圍巖的垂向變形值、水平方向變形值及圍巖變形隨掌子面的靠近的變化趨勢。本實(shí)用新型還利用了信號處理器，可以對隧道的掌子面前方的圍巖變形進(jìn)行實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測并將監(jiān)測的結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至終端供技術(shù)人員使用。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是測斜單元的模塊示意圖。圖3是信號處理器與測斜單元配合的模塊示意圖。圖4是角度測量裝置插在圍巖中的示意圖。圖5是角度測量裝置的分布示意圖。附圖標(biāo)記:1 一測斜單元安放管、2 —測斜單元、3 —數(shù)據(jù)線、4 一隧道、5 —掌子面、6 一信號處理器、7 —終端、8 —外接電源、9 一電源線、10 —隧道已開挖部分、11 一隧道未開挖部分、12 —參考零點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例參見圖1-5所示，這種隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括有角度測量裝置。角度測量裝置由兩端均被密封住的測斜單元安放管I和軸向間隔固定在測斜單元安放管內(nèi)的測斜單元2組成。所述測斜單元安放管I插設(shè)在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖中，并且測斜單元安放管I與擬開挖的隧道4軸線平行。測斜單元安放管I為塑料管或鋼管。本實(shí)施例中，測斜單元安放管I在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)圍巖中間隔插設(shè)有3個(gè)，在其它實(shí)施例中，也可以只插設(shè)I個(gè)，或者間隔插設(shè)2個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、或者更多。所述測斜單元安放管I內(nèi)的所有的測斜單元2通過數(shù)據(jù)線3與信號處理器6信號連接，信號處理器6又與終端7信號連接。終端7可為手機(jī)、電腦或互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器等。所述信號處理器6包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、輸入模塊(即多用戶輸入通訊串口)和輸出模塊，其中輸入模塊通過數(shù)據(jù)線3接收測斜單元2發(fā)來的垂向角度值及水平方向角度值，CPU通過存儲(chǔ)器將輸入模塊接收來的垂向角度值及水平方向角度值處理為最終結(jié)果，輸出模塊將最終結(jié)果傳送給終端7。本 實(shí)施例中，輸出模塊由有線輸出模塊(即輸出通訊串口)和GPRS模塊組成，即信號處理器6既設(shè)有有線輸出模塊，又設(shè)有無線輸出模塊。使用時(shí)，信號處理器6既可以通過有線輸出模塊與終端7信號連接(即通過有限通訊的方式與終端7信號連接)，也可以通過GPRS模塊與終端7信號連接(即通過無線通訊的方式與終端7信號連接)，也就是說，信號處理器6可以根據(jù)實(shí)際情況選擇無線通訊或有限通訊與終端7信號連接。在其它實(shí)施例中，也可以采用WIFI模塊或3G模塊等無線輸出模塊來代替GPRS模塊。在其它實(shí)施例中，信號處理器6還可以是光設(shè)有有線輸出模塊或光設(shè)有無線輸出模塊。[0027]所述測斜單元2包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、角度傳感器和輸出模塊，其中角度傳感器在CPU的控制下實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且角度傳感器監(jiān)測到的垂向角度值及水平方向角度值通過A/D轉(zhuǎn)換器和CPU傳至存儲(chǔ)器，CPU再將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的垂向角度值及水平方向角度值通過輸出模塊傳至信號處理器6。本實(shí)用新型在隧道開挖一定深度后，掌子面后方的變形也能實(shí)時(shí)測得，此種變形能反映隧道個(gè)護(hù)的強(qiáng)度。在隧道開挖完成后，該傳感器仍可反應(yīng)隧道的變形情況。一般情況下，隧道開挖時(shí)，掌子面前方變形范圍是在隧道高度的2-3倍距離以內(nèi)。本實(shí)用新型中的多個(gè)測斜單元可以對該測斜單元安放管I所在的變形監(jiān)測孔進(jìn)行變形觀測。具體來說，測斜單元可以按一定間隔(通常1-3米)設(shè)置，由于隧道開挖時(shí)會(huì)造成周圍土體變形，所以在開挖過程中隨著掌子面的臨近，一般掌子面前方土體會(huì)產(chǎn)生越來越大的變形，測斜單元能夠觀測到掌子面前方拱部圍巖或其他位置隨空間或時(shí)間變形情況，為掌子面前方的穩(wěn)定性作定量的判斷，也就是說，測斜單元可以測量出隧道掌子面前方的不同位置的變形量及變形隨掌子面的靠近的變化趨勢了。所有的測斜單元2與信號處理器6聯(lián)合使用，可以進(jìn)行不間斷觀測。每一個(gè)測斜單元分別有各自的數(shù)據(jù)線連接到信號處理器，信號處理器將接收到的信號(即測斜單元測量到的垂向角度值及水平方向角度值)儲(chǔ)存并處理，然后將處理結(jié)果通過有線或無線傳輸?shù)浇K端7上，作為最優(yōu)選的實(shí)施方式，終端7是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，這樣技術(shù)人員就可以隨時(shí)掌握或通過網(wǎng)絡(luò)查看、分析測量數(shù)據(jù)。具體來說，當(dāng)隧道開挖時(shí)，變形監(jiān)測孔最前端的測斜點(diǎn)距開挖斷面較遠(yuǎn)，開挖對其幾乎沒有影響，其角度參數(shù)也基本沒有變化。技術(shù)人員可以將最前端的測斜點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過終端7顯示的結(jié)果(即同時(shí)顯示垂向變形值和水平方向變形值兩個(gè)值)繪制隧道拱部圍巖變形曲線，分析拱部圍巖變形情況，當(dāng)圍巖的垂向變形值或/和水平方向變形值達(dá)到預(yù)警值時(shí)，表明在隧道開挖過程中，圍巖不穩(wěn)定，需要采取加固措施。
所述應(yīng)用隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測方法，其步驟如下。步驟一、在隧道開挖前，按施工要求在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖上打設(shè)與擬開挖的隧道軸線相對平行的變形監(jiān)測孔，將隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)中的角度測量裝置插入至變形監(jiān)測孔中。步驟二、通過數(shù)據(jù)線3將測斜單元2與信號處理器6連接，通過電源線9將信號處理器6與外接外接電源8連接。步驟三、將所有測斜單元首次測量的角度設(shè)為零(也就是假設(shè)是一條直線)。步驟四、在隧道開挖過程中，測斜單元對隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測到的垂向角度值及水平方向角度值傳送至信號處理器6，信號處理器6根據(jù)公式
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且信號處理器6將雙》和&傳送至終端7，所述~為沿隧道開挖方向數(shù)、掌子面位于第N個(gè)測斜單元所處的位置時(shí)、掌子面處的拱部圍巖的垂向變形值，所述為沿隧道開挖方向數(shù)、掌子面位于第N個(gè)測斜單元所處的位置時(shí)、掌子面處的拱部圍巖的水平方向變形值，所述為沿隧道開挖方向數(shù)、第N個(gè)測斜單元測得的垂向角度值，所述《W為沿隧道開挖方
向數(shù)、第N+X個(gè)測斜單元測得的垂向角度值，所述A為沿隧道開挖方向數(shù)、第N個(gè)測斜單元
測得的水平方向角度值，所述爲(wèi)+1為沿隧道開挖方向數(shù)、第N+X個(gè)測斜單元測得的水平方
向角度值，所述N為沿隧道開挖方向數(shù)、第N個(gè)測斜單元，所述X為沿隧道開挖方向數(shù)、掌子面前方的第X個(gè)測斜單元，所述L為測斜單元之間的間距。舉例說明:參見圖4，某測斜單元安放管I中采用了一組由加速度傾角傳感器制成的測斜單元十個(gè)，按3米間距布置在隧道的已施工的測斜單元安放管I中。如果
十個(gè)測斜單元的傾角讀數(shù)分別為AL.、β—，q…，a+^ β+,設(shè)第十個(gè)
測斜單元前方3米處為參考零點(diǎn)12，則掌子面處的拱部圍巖的垂向變形值約為Ηε，掌子面處的拱部圍巖的水平方向變形值約為hE，由第五個(gè)測斜單元至第十個(gè)測斜單元的讀數(shù)可計(jì)算如下:
權(quán)利要求1.一種隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括有角度測量裝置，其特征在于:所述角度測量裝置由兩端均被密封住的測斜單元安放管(I)和軸向間隔固定在測斜單元安放管內(nèi)的測斜單元(2)組成；所述測斜單元安放管(I)插設(shè)在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖中，并且測斜單元安放管(I)與擬開挖的隧道(4)軸線平行；所述測斜單元安放管(I)內(nèi)的所有的測斜單元(2)通過數(shù)據(jù)線(3)與信號處理器(6)信號連接，信號處理器(6)又與終端(7)信號連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號處理器(6)包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、輸入模塊和輸出模塊，其中輸入模塊通過數(shù)據(jù)線(3)接收測斜單元(2)發(fā)來的垂向角度值及水平方向角度值，CPU將輸入模塊接收來的垂向角度值及水平方向角度值處理為最終結(jié)果，并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器，同時(shí)輸出模塊將最終結(jié)果傳送給終端(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述輸出模塊為有線輸出模塊或/和無線輸出模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線輸出模塊為GPRS模塊、WIFI模塊或3G模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述測斜單元(2)包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器、角度傳感器和輸出模塊，其中角度傳感器在CPU的控制下實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且角度傳感器監(jiān)測到的垂向角度值及水平方向角度值通過A/D轉(zhuǎn)換器和CPU傳至存儲(chǔ)器，CPU再將存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的垂向角度值及水平方向角度值通過輸出模塊傳至信號處理器(6 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述測斜單元安放管(I)為塑料管或鋼管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述終端(7)為手機(jī)、電腦或互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。
專利摘要一種隧道變形實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括有角度測量裝置，角度測量裝置由測斜單元安放管和測斜單元組成，所述測斜單元安放管插設(shè)在隧道拱部開挖輪廓線外側(cè)的圍巖中，并且測斜單元安放管與擬開挖的隧道平行；所述測斜單元安放管內(nèi)的所有的測斜單元通過數(shù)據(jù)線與信號處理器信號連接，信號處理器又與終端信號連接；所述信號處理器包括有CPU、電源模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)器、輸入模塊和輸出模塊。本監(jiān)測系統(tǒng)可以測量出隧道掌子面前方的不同位置的拱部圍巖的垂向變形值及水平方向變形值及圍巖變形隨掌子面的靠近的變化趨勢，可以對隧道的掌子面前方的圍巖變形進(jìn)行實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測并將監(jiān)測的結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至終端。
文檔編號G01B21/32GK203116725SQ20132006501
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者楊積凱, 聶政熊 申請人:北京首爾工程技術(shù)有限公司