[发明专利]隧道变形实时自动监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用在隧道施工中的隧道变形监测装置及监测方法。

背景技术

目前隧道的变形测量一般是在隧道的掌子面后方进行，测量的内容主要有隧道的拱顶下沉变形和收敛变形，可统称为收敛变形，测量基本采用人工测量，近年也有采用光学自动扫描成像等方式来进行测量。

近年发展的隧道开挖方法如“新意法”认为，隧道的掌子面前方的变形量同隧道的掌子面后方的变形量有一定的量化关系，也就是说如果能准确的测量到掌子面前方的围岩变形随着掌子面的临近的变化曲线（即隧道拱部围岩变形曲线），就能分析判断出掌子面的稳定程度及掌子面后方的总变形量，从而就可以采取相对应的措施来保证隧道在一定的成本下安全施工。但如何获得掌子面前方的围岩变形随着掌子面的临近的变化曲线，目前为止还没有较好的办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道变形实时自动监测系统及监测方法，要解决隧道开挖时、不好获得掌子面前方的围岩变形随着掌子面的临近的变化曲线的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种隧道变形实时自动监测系统，包括有角度测量装置，其特征在于：所述角度测量装置由两端均被密封住的测斜单元安放管和轴向间隔固定在测斜单元安放管内的测斜单元组成；所述测斜单元安放管插设在隧道拱部开挖轮廓线外侧的围岩中，并且测斜单元安放管与拟开挖的隧道轴线平行；所述测斜单元安放管内的所有的测斜单元通过数据线与信号处理器信号连接，信号处理器又与终端信号连接。

所述信号处理器包括有CPU、电源模块、时钟模块、存储器、输入模块和输出模块，其中输入模块通过数据线接收测斜单元发来的垂向角度值及水平方向角度值，CPU通过存储器将输入模块接收来的垂向角度值及水平方向角度值处理为最终结果，输出模块将最终结果传送给终端。

所述输出模块可为有线输出模块或/和无线输出模块。

所述无线输出模块可为GPRS模块、WIFI模块或3G模块。

所述测斜单元包括有CPU、电源模块、时钟模块、存储器、A/D转换器、角度传感器和输出模块，其中角度传感器在CPU的控制下实时监测，并且角度传感器监测到的垂向角度值及水平方向角度值通过A/D转换器和CPU传至存储器，CPU再将存储器中存储的垂向角度值及水平方向角度值通过输出模块传至信号处理器。

所述测斜单元安放管可为塑料管或钢管。

所述终端可为手机、电脑或互联网服务器。

一种应用上述隧道变形实时自动监测系统的隧道变形实时自动监测方法，其特征在于步骤如下：步骤一、在隧道开挖前，按施工要求在隧道拱部开挖轮廓线外侧的围岩上打设与拟开挖的隧道轴线相对平行的变形监测孔，将隧道变形实时自动监测系统中的角度测量装置插入至变形监测孔中。步骤二、通过数据线将测斜单元与信号处理器连接，通过电源线将信号处理器与外接外接电源连接。步骤三、将所有测斜单元首次测量的角度设为零。步骤四、在隧道开挖过程中，测斜单元对隧道拱部开挖轮廓线外侧的围岩进行实时监测，并将实时监测到的垂向角度值及水平方向角度值传送至信号处理器，信号处理器根据公式                                                计算出、根据公式计算出，并且信号处理器将和传送至终端,所述为沿隧道开挖方向数、掌子面位于第N个测斜单元所处的位置时、掌子面处的拱部围岩的垂向变形值，所述为沿隧道开挖方向数、掌子面位于第N个测斜单元所处的位置时、掌子面处的拱部围岩的水平方向变形值，所述为沿隧道开挖方向数、第N个测斜单元测得的垂向角度值，所述为沿隧道开挖方向数、第N+X个测斜单元测得的垂向角度值，所述为沿隧道开挖方向数、第N个测斜单元测得的水平方向角度值，所述为沿隧道开挖方向数、第N+X个测斜单元测得的水平方向角度值，所述N为沿隧道开挖方向数、第N个测斜单元，所述X为沿隧道开挖方向数、掌子面前方的第X个测斜单元，所述L为测斜单元之间的间距。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明利用了固定位置的测斜单元安放管和测斜单元，可以测量出隧道掌子面前方的不同位置的拱部围岩的垂向变形值、水平方向变形值及围岩变形随掌子面的靠近的变化趋势。本发明还利用了信号处理器，可以对隧道的掌子面前方的围岩变形进行实时持续自动监测并将监测的结果实时传送至终端供技术人员使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是测斜单元的模块示意图。