[发明专利]隧道收敛位移和拱顶沉降的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测隧道及地下工程等洞壁和结构的相对位移测量装置和测量方法，特别是涉及一种测量隧道收敛位移和拱顶沉降的装置及方法。

背景技术

隧道施工及运营维护过程中，通过对隧道周边净空尺寸变化的测量，即对隧道周边收敛位移的测量，可以直观明确地判断隧道围岩或结构的稳定性。因此，收敛位移是隧道监测中的常规监测项目，而收敛计和水准仪是监测隧道收敛位移的最主要的仪器。

隧道周边收敛位移监测主要采用杆尺式收敛计或者弦式收敛计，即在隧道测点固定卡勾，测量时将收敛计悬挂于测点卡勾上，读出测点之间的距离。这种传统的收敛计都是接触式收敛计，结构比较复杂，测量中需要较为繁琐的安装过程，安装过程产生的误差将导致测量精度不能保证。监测过程中悬挂在隧道周边测点的收敛计也会影响隧道内正常的施工作业。传统的收敛计需要拉紧后再读数，所以需要在喷射混凝土强度形成后才可进行监测，影响了布点的及时性，造成收敛位移监测值的部分损失。

隧道拱顶沉降传统的监测采用的是水准仪。测量时将水准仪悬挂于拱顶测点卡勾上，再进行高层测量。拱顶测点较高（6米以上），悬挂很困难，监测过程中悬挂在隧道拱顶测点的标尺也会影响隧道内正常的施工作业。

国内外还有一些基于激光测距原理的隧道收敛位移测量的研究，这些研究涉及的装置具有较复杂的结构，或者较大的尺寸。在整个监测周期内，都需将激光测距传感器的固定装置安装在隧道壁面上，很容易受到爆破振动或机械碰撞，从而影响监测精度，甚至可能会令测量装置遭到碰坏。此外，有的激光测距传感器由于受固定装置的结构所限，对测点和仪器的安装位置有特定要求，否则激光发射端无法对准待测目标点。

用现有的收敛计或激光测距传感器进行隧道周边收敛位移测量的方法，每条测线上都需要安装收敛计或相应的激光测距仪固定装置，用量大，费用高，无法满足隧道收敛监测测线多、频次高、总量大的要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种仅利用一台激光测距传感器即可精确测量整个隧道的收敛水平位移和拱顶沉降的测量装置和测量方法。

为实现上述技术问题，本发明提供一种隧道收敛位移和拱顶沉降的测量装置，装设于隧道壁面上，包括：固定安装于所述隧道壁面上的定线装置、安装在所述定线装置上的激光测距传感器和安装于所述隧道壁面测点的反光片；所述定线装置包括一基座，所述基座内设有一球窝，所述球窝与一球头转子球面配合，所述球头转子与所述激光测距传感器固定连接，所述球窝与所述球头转子之间设有锁紧装置。

优选地，所述球头转子上固定有螺钉，所述激光测距传感器与所述球头转子之间为螺纹连接。

进一步优选地，所述激光测距传感器底部设有螺纹孔，所述螺钉的长度短于所述螺纹孔的长度。

优选地，所述锁紧装置为装设于所述基座上的锁紧螺钉，所述锁紧螺钉的头部外露于所述基座，所述锁紧螺钉的尾部深入所述球窝内。

优选地，所述基座通过一膨胀螺丝固定装设于所述隧道壁面上。

进一步优选地，所述膨胀螺丝的端部设有螺纹，所述基座上设有与所述螺纹配合的螺纹孔，所述螺纹的长度短于所述螺纹孔的长度。

优选地，所述的隧道收敛位移和拱顶沉降的测量装置还包括连接于所述激光测距传感器的外置触发线和外置触发按钮。

本发明还提供一种采用所述隧道收敛位移和拱顶沉降的测量装置的测量方法，包括测量隧道拱顶沉降量的方法：

在所述隧道壁面上选取三个测点：A点、B点和C点，其中，所述A点位于所述隧道壁面的拱顶处，所述B点和所述C点分别位于所述隧道壁面的左右边墙上；

在所述A点和所述C点安装所述反光片，在所述B点安装所述定线装置和所述激光测距传感器，分别测量AB、BC边的长度l_AB、l_BC；

在所述B点安装所述反光片，在所述C点安装所述定线装置和所述激光测距传感器，测量AC边的长度l_AC；

用水准仪测量所述B点和所述C点的标高y_B和y_C，计算所述C点与所述B点的相对高差Δy_CB，Δy_CB＝|y_C-y_B|；

以所述B点为测量基准点；

隧道沉降变形前，计算所述A点相对于所述B点的高差Δy_AB，

Δy_AB＝l_ABsin(β-γ)