[发明专利]一种隧道开挖变形智能预警装置及预警方法

说明书

技术领域：

本发明属于隧道施工监测领域，具体涉及一种隧道开挖变形智能预警装置及预警方法。

背景技术：

随着我国经济的飞速发展，我国的交通网建设也迅速增长。高速公路网络以及高速铁路大量建设，城市地铁也进入高速发展期，出现越来越多的隧道工程。隧道的开挖会对周边土体和环境产生影响，严重时将造成隧道主体坍塌，易造成人员伤亡和资金损失，在隧道工程建设中不乏这方面的惨重教训。

隧道监控量测作为隧道新奥法施工的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工围岩变形特性能够提供准确、及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义；因此，它是保障隧道建设成功的重要手段。在隧道运营过程中，持续的隧道结构变形监测是隧道运营安全的重要保障。

目前隧道施工监测采用的方法主要为：常规仪器检测法和三角形量测法。常规仪器检测法即是通过钢尺式收敛计和挂钢尺抄平，该方法具有成本低、操作简单等优点，但这种接触法监测精度低、现场操作强度高、难度大，并且仅限测量固定时间点的沉降量，无法准确及时预测到隧道事故的发生。

三角形量测法多按十字形、三角形和交叉形等布置，采用收敛计,量出各测点间距离，利用公式间接求出拱顶下沉量。采用三角法测量时，由于三角形量测法要求各测点在同一垂直平面内，且洞壁测点必须为水平，且该方法受温度及仪器因素影响较大，精确度不能得到有效保证，施工费用也相对较高，且同样不能进行实时变形预警。

综上所述，现有的检测方法的主要缺点为监测时间不灵活，不能做到实时监测，认为影响因素较大，所需费用较大。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的缺陷和不足，提供了一种隧道开挖变形智能预警装置及预警方法，可以对隧道开挖工程的周边土体变形进行实时监测。通过这种变形智能监测装置不仅给工程的安全进行提供保障，同时减少隧道监测的工程费用，降低检测人员的工作量，保证了监测工作的有序、有效的开展。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现的：

一种隧道开挖变形智能预警装置，包括沿隧道轴线方向布置在隧道洞室的若干并联在一起的单体预警装置，其中，

每个单体预警装置均包括报警器、沉降监测装置和伸缩杆，沉降监测装置包括标尺、第一调节器、第二调节器、上触头和下触头，上触头通过固定截面与伸缩杆的上端连接，下触头与伸缩杆的下端连接；上触头与下触头组成电路开关的两个触头，电路开关、报警器以及报警灯组成闭合电路；

工作时，隧道洞室变形时带动伸缩杆缩短，随之带动上触头向下触头移动，当上触头与下触头接触时，电路开关闭合，使得报警器、报警灯通电，报警灯亮，报警器工作。

本发明进一步的改进在于，若干单体预警装置等间距布置在隧道洞室。

本发明进一步的改进在于，所述伸缩杆包括上滑杆和下滑杆，上触头通过固定截面与伸缩杆的上滑杆连接，下触头与伸缩杆的下滑杆连接。

本发明进一步的改进在于，所述上滑杆的一端为空心结构，所述下滑杆的一端套装在上滑杆的空心结构中。

本发明进一步的改进在于，所述空心结构中安装有弹簧，所述下滑杆与弹簧连接。

本发明进一步的改进在于，所述上滑杆外部为长方形可打开式结构，沉降监测装置设置在其内部。

本发明进一步的改进在于，所述上滑杆上设置有两个刻度尺，用于辅助设置初始沉降预警值。

本发明进一步的改进在于，所述第一调节器和第二调节器均由依次外啮合的四个齿轮组成，中间两个齿轮中一个是固定齿轮，另一个是调节齿轮，两边的两个齿轮均为转动齿轮，第一调节器的两个转动齿轮分别与上滑杆内侧设置的齿条外啮合，第二调节器的两个转动齿轮分别两个刻度尺内侧设置的齿条外啮合。

本发明进一步的改进在于，第一调节器和第二调节器的调节齿轮上还均设置有用于转动调节齿轮的手柄。

一种隧道开挖变形智能预警方法，该预警方法基于上述的预警装置，包括以下步骤：

首先，在隧道拱顶位置钻孔，钻孔成型后喷射混凝土，待混凝土填满后，将伸缩杆的上端插入孔内，封闭孔并固定，其中伸缩杆的上端中间有两个金属片瓣膜，瓣膜处固定有弹；

然后，在隧道仰拱上已确定的位置钻孔，钻孔成型后开始注浆，待水泥浆溢出钻孔后，将伸缩杆的下端插入孔内，并调整伸缩杆的下端插入深度，使其另一端插入伸缩杆的上端空腔内并挤压弹簧；