[发明专利]一种基于三基线法的隧道净空收敛监控量测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于三基线法的隧道净空收敛监控量测系统及方法，包括监测单元、无线传输单元和远程控制单元，监测单元包括监测仪和反射装置，监测仪布设于隧道拱顶，反射装置至少有两个，布设于拱腰，所述监测仪上设置有激光发射机构，且激光发射机构可转动，向外发射激光，激光经过反射装置反射后由监测仪接收，根据接收到激光信号经过的时间和激光的速度计算其到反射装置之间的距离，根据激光发射机构匀速转动的角速度和接收信号经过的时间计算其与各个反射装置所在方向之间的夹角，计算得到隧道拱顶沉降和周边收敛变形的相对值；监测单元将计算结果通过无线传输单元传输给远程控制单元，同时接收远程控制单元发送控制命令。

技术领域

本发明涉及一种基于三基线法的隧道净空收敛监控量测系统及方法。

背景技术

监控量测是目前隧道施工中的一个不可缺少的环节，特别是在围岩条件比较差的施工环境中，为保证隧道施工的安全性和经济性，在隧道施工过程中需要使用各种仪器设备对围岩与支护结构的变形、地表沉降、应力、应变等进行量测，据此来判断隧道开挖对地表环境的影响范围和程度、围岩的稳定性及支护情况。隧道净空收敛是监控量测的主要对象之一，是隧道围岩应力状态变化的最直接反映，量测净空收敛位移可以为判断隧道空间的稳定性提供可靠依据。隧道净空收敛分为拱顶沉降和周边收敛变形。隧道净空收敛监控量测很多采用三基线法，而目前的监测技术需要技术人员使用收敛计手动操作，实施起来存在诸多不便，一方面是不能有效保证技术人员的人身安全；另一方面，技术人员测量时必定影响施工的进度，因为现行的测量方法在本质上均为应用收敛计或者全站仪，需要保证测量断面范围内无障碍物遮挡，会占用较大空间；而且由于监控量测需要经常进行，每次均为人工操作必然要花费大量时间和精力，也很难保证监控量测每隔一定的时间能够按时进行；而且隧道内空间较为狭小，现场条件复杂，存在与现场施工作业的相互制约和安全隐患；另外，由于现场工作条件的不良影响，如隧道中多存在泥浆，若收敛计尺身粘上泥浆，则张力加载会出现误差，进而影响测量精度；此外，收敛计量测受到温度影响，而常用收敛计(如JSS30A-20型)无温度测量和记录装置。

针对上述问题，亟需一种安全方便的全新设备和方法，能够实现对隧道净空收敛的准确和自动量测，并能保证技术人员的安全，而且监控量测工作能够与现场施工作业互不影响。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于三基线法的隧道净空收敛监控量测系统及方法，本发明能够自动监控量测隧道净空收敛并能实现遥控和无线数据传输。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于三基线法的隧道净空收敛监控量测系统，包括监测单元、无线传输单元和远程控制单元，其中：

所述监测单元包括监测仪和反射装置，监测仪布设于隧道拱顶，反射装置至少有两个，布设于拱腰，所述监测仪上设置有激光发射机构，且激光发射机构可转动，向外发射激光，激光经过反射装置反射后由监测仪接收，根据接收到激光信号经过的时间和激光的速度计算其到反射装置之间的距离，根据激光发射机构匀速转动的角速度和接收信号经过的时间计算其与各个反射装置所在方向之间的夹角，计算得到隧道拱顶沉降和周边收敛变形的相对值；

监测单元将计算结果通过无线传输单元传输给远程控制单元，同时接收远程控制单元发送控制命令。

进一步的，所述激光发射机构包括激光发射器和激光传感器，且激光传感器和激光发射器可在隧道断面内180°旋转，激光发射器向外发射激光，激光传感器能记录接收到激光的时间。

进一步的，所述激光发射机构设置于旋转装置或可转动支架上。其实现形式多样，只要能够保证激光发射机构可在隧道断面内180°旋转即可。

进一步的，所述反射装置包括反射板、固定件和球面铰支座，反射板与固定件之间通过球面铰支座连接，反射板能够在一定范围内旋转。

进一步的，所述无线传输单元包括天线。