[发明专利]隧道围岩变形监测方法及其监测系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种隧道围岩变形监测方法及其监测系统。

背景技术：

随着国家建设的快速发展，目前的公路、铁路隧道出现了一些新的特点：断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。这些因素不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、工期延误，从而造成巨大的经济损失，同时也引起了国家监管部门的高度重视。

如2007年8月16日，铁道部和国家安全生产监督管理总局联合发出“关于宜万铁路野三关隧道“8.5”施工重大突水突泥事故的通报”。通报介绍，2007年8月5日凌晨1时左右，由中国铁道建筑总公司十六局四公司负责施工的宜万铁路野三关隧道(湖北省恩施州境内)I线DK124+602掌子面爆破后，在组织出碴过程中突发突水突泥事故，一个半小时内突水量15.1万立方米，泥石量5.35万立方米，正在隧道中作业的52名施工人员被困。为严防类似事故发生，有关部局提出了要求，“各施工单位要合理配置资源，保证设备配套、人员配齐，强化监测监控和巡查工作。发现重大事故隐患和地质异常情况，必须认真分析，科学判断，及时采取有效的工程安全技术防范措施”，“各施工单位要加强隧道围岩量测和综合分析，坚持把围岩量测纳入工序管理，通过量测及对围岩变形段和变型速率的量测，分析其变形趋势，为调整支护参数提供充分依据，确保初期支护方案的安全可靠”。

再如2008年11月15日15时20分，浙江省杭州市地铁1号线湘湖站工段施工工地(露天开挖作业)发生地面塌陷事故，造成在此处行驶的11辆汽车下沉陷落(车上人员2人轻伤，其余人员安全脱险)，施工人员7人死亡、14人下落不明。经初步分析，此次事故暴露出五个方面的问题：企业安全生产责任不落实，管理不到位；对发现的事故隐患治理不坚决、不及时、不彻底；对施工人员的安全技术培训流于形式，甚至不培训就上岗；劳务用工管理不规范，现场管理混乱；地方政府有关部门监管不力。

随着新掘巷道和隧道日益增多，会遭遇到地质水文条件更差的情况。由于缺少先进的综合科学预测方法，突然塌方及涌水事故所致伤亡人数急剧上升，其惨痛后果触目惊心。准确监测以减少或避免隧道及巷道重大塌方及涌水事故所造成的伤亡人数和损失，实为当务之急。

目前隧道变形监测方法：1)采用钢尺式收敛计和挂钢尺抄平等接触方式进行量测，该方法具有成本低、操作简单和适应恶劣施工环境的优点。随着将有越来越多的大跨度隧道的修建，跨度的不断增加使这种监测方法具有明显的局限性，如挂尺困难，对施工干扰大，且难以保证施工变形监测的精度，测量结果容易受人为因素影响。2)非接触三维观测(无尺量测)。无尺量测技术在日本、瑞士等国已经应用于地下工程的净空位移量测中。实现的方法大致有三种；一、是以多台电子经纬仪为主要设备的三维解析测量；二、是以全站仪为主要设备的三维变形量测[1～2]；三、是以近景摄影机为主要设备的近景变形量测。

但全站仪法由于基准点的物理状态不够稳定，引起测站点坐标误差很大，而观测过程中又没有进行平差处理，所以观测点的坐标误差＞±1.0mm。对隧道净空变形监测来说，不能满足精度要求。且由于量测人员、测量设备、测试元件等各种客观的外界条件等原因，现场获得的第一手数据不可避免地存在种种误差或错误。

总之，目前国内隧道围岩监测，一是普遍采用接触类量测手段，效率低下，消耗大量的人力和财力，且观测效果不佳，存在人为因素影响过大导致监测结果失真的问题；二是有些用较先进的BJSD-3激光隧道断面检测仪，全站仪等，但不具自动报警功能，不能实时监测，人为影响也有。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种隧道围岩变形监测方法及其监测系统，该方法及其系统有利于减少和避免隧道、巷道重大塌方所造成的伤亡人数和损失，从而提高施工作业安全。

本发明隧道围岩变形监测方法，其特征在于：

所述监测方法如下：

(1)首先将激光器固定于已稳定的隧道围岩内壁上，再在施工隧道内不稳定围岩的初期支护上安装固定光敏位移信号监测器，所述激光器的信号输出端与光敏位移信号监测器信号的接收端相对；

(2)监测时，激光器向隧道内的用以接收激光信号的光敏位移信号监测器发送实时激光信号，监测过程中光敏位移信号监测器实时向信号处理终端发送不稳定围岩变形位移的监测数据；

(3)信号处理终端根据收集来的数据自动分析，当围岩变形位移值达到或超过危险变形值时，信号处理终端即经报警系统发出报警信号。