[发明专利]一种隧道变形监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道变形监测方法及系统，尤其涉及一种基于精密距离交汇三维变形监测方法及系统。

背景技术

隧道结构变形监测根据隧道结构设计、国家规范和类似工程的变形监测以及当前隧道所处阶段来确定，主要内容包括：垂直位移监测(区间隧道沉降监测和隧道与地下车站沉降差异监测)；水平位移监测(区间隧道水平位移监测和隧道相对地下车站水平位移监测)；隧道断面收敛变形监测等。

对于不同的隧道结构变形监测项目内容，所用监测方法也不相同。

通常，对于隧道垂直位移和水平位移监测，可通过大地测量或者自动化测量的方法利用精密水准仪、精密全站仪或智能全站仪进行；而对于隧道断面收敛变形监测，则要通过物理量测的方法利用收敛仪(计)进行。隧道垂直位移和水平位移监测通过大地测量或者自动化测量成本较高且精度不高。

发明内容

本发明旨在克服上述缺陷，提供一种测量方法精确、实用性强、全自动化、成本低的测绘系统。

具体的，本发明提供一种隧道变形监测系统，其包括测距仪、反射棱镜、计算机操作系统、无线传输系统及软件分析系统，其中：测距仪、反射棱镜、计算机操作系统和软件分析系统之间通过无线传输系统相互连接。

优选的，所述棱镜包括棱镜本体和支架，通过螺钉将棱镜本体固定在监测点。

一种隧道变形监测方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选择数量型号合适的测距仪和棱镜。

(2)对需要测量的隧道进行布点，并在每个监测特征点上安装反射棱镜。

(3)根据实际需要测量的维度，在稳定的坐标已知的基准点安装不同数量的测距仪，对反射棱镜进行实时测量，利用无线传输系统将测得的数据传至计算机操作系统，计算机操作系统通过已知的三角形斜边长，组成相应的方程组，从而解出每个反射棱镜所在监测点的三维空间坐标。其中，其测量距离公式为：

D=S2-H2]]>

式中D——测线的水平距离(m)；

S——经气象及加、乘常数等改正后的斜距(m)；

h——仪器的发射中心与反光镜的反射中心之间的高差(m)。

(4)通过计算机操作系统设置测距仪的监测频率，并通过无线传输装置将所得监测点坐标数据准确及时的传输至软件分析系统。

(5)软件分析系统通过比较反射棱镜所在监测点的不同时段的三维坐标，即可计算出隧道该监测点在该时段的变形值和变化速率。

优选的，为了监测一维隧道变形，包括垂直位移监测(区间隧道沉降监测和隧道与地下车站沉降差异监测)和水平位移监测(区间隧道水平位移监测和隧道相对地下车站水平位移)，可以在监测特征点布设反射棱镜，并在反射棱镜的竖直方向或水平方向的稳定已知坐标位置安装一个测距仪，通过三角形斜边长计算出隧道的垂直位移或水平位移。

优选的，为了监测二维隧道变形，可在监测特征点布设反射棱镜，并通过在二维隧道空间稳定位置即在监测点的水平与竖直方向同时安装两个测距仪，这两个测距仪的精确坐标已知，通过三角形边长计算得到每次监测点的位置，通过对比相关数据，得到隧道二维位移的变形值和变化速率。

优选的，为了监测三维隧道变形，则要在监测特征点布设反射棱镜，并通过在三维隧道空间不同方向稳定位置布设3个以上测距仪，并且测距仪所在点的坐标已知，通过空间三角形边长测量距离公式，组成方程组，推算监测点的空间坐标，通过对比相关数据，得到三维隧道变形的变形值和变化速率。

本发明具有以下优点和积极效果：

(1)在监测过程中，可以实时监测隧道空间变形。

(2)该监测系统测试方法简单直观，成本低，操作方便，精度高，稳定性好，对安装测试人员没有很强的技术要求。

(3)该监测系统可以实现隧道三维变形的远距离监测，从而有效的节省了人力、物力和财力。

(4)无线传输系统可以及时监控隧道变形值，从而提高了工作效率，并提高了隧道监控的可实施性。

附图说明

图1为测距系统工作示意图。

图2为反射棱镜示意图。

图3是第一实施例的结构示意图。