[实用新型]一种基于超声波测距仪的隧道拱顶沉降的监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于超声波测距仪的隧道拱顶沉降的监测装置，隧道工程测量技术领域。

背景技术

隧道施工和运营期间，隧道周边围岩应力进行重新分布。隧道周边围岩及其支护将产生变形，对隧道拱顶沉降监测，可有效了解施工期地层、支护结构与周边环境的动态变化，明确施工对地层、支护结构和周边环境的影响程度，预测隧道的变形发展趋势，保证隧道的结构安全。

传统对隧道拱顶沉降的监测方法，常见的方法，一是采用钢尺及水准仪测量拱顶沉降：该方法主要是在隧道监测断面拱顶测点处预埋一带钩测量桩来吊挂钢卷尺，用精密水准仪观测其读数来获得拱顶沉降量。此方法主要用于人工测量，数据量小，操作难度大，劳动强度高等特点，且不具备自动化测量的可能性。

第二种常见的传统监测方法是采用全站仪测量拱顶沉降，该方法主要在隧道监测断面拱顶测点处安装棱镜，利用全站仪测得测点三维坐标，通过把测值坐标同初值坐标比对得出拱顶沉降值。但全站仪成本较高，自动化程度较低，无法全天候实时测量。

综上所述，传统监测方法在自动化、实时监测及成本上存在局限性，无法普遍推广使用。

发明内容

本实用新型为了克服上述缺陷，其目的在于提供一种基于超声波测距仪的隧道拱顶沉降的监测装置，本实用新型要解决的技术问题就在于：（1）可实现隧道拱顶的实时测量 （2）测量系统的可靠性，采用非接触式测量。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的以下技术方案：

一种基于超声波测距仪的隧道拱顶沉降的监测装置，第一超声波测距仪与第二超声波测距仪分别安装在隧道的两侧内壁上，测量挡板通过安装支架安装固定于隧道的顶部上；

所述的第一超声波测距仪、第二超声波测距仪与测量挡板的连线呈三角形排列。

初次安装时，第一超声波测距仪与测量挡板的初始距离为L1，第二超声波测距仪与测量挡板的初始距离为L2，此时可通过三角函数计算出拱顶的高度H1。

当拱顶发生变形沉降时，第一超声波测距仪、第二超声波测距仪与测量挡板的测量值为L1+l1、L2+l2，此时可通过L1+l1、L2+l2的测量值计算出拱顶高度的实际值H1+h，从而得到拱顶的沉降值。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过监测拱顶与测点的距离变化得到拱顶沉降信息的监测系统，可实现无接触式、实时、自动化测量。为了测量准确，系统设计有测量挡板、安装支架等部件，测量挡板可很好的反射超声波，而安装支架用于测量挡板的安装，提高了系统的稳定性和实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型进行详细描述：

一种基于超声波测距仪的隧道拱顶沉降的监测装置，第一超声波测距仪1与第二超声波测距仪5分别安装在隧道2的两侧内壁上，测量挡板3通过安装支架4安装固定于隧道2的顶部上；

所述的第一超声波测距仪1、第二超声波测距仪5与测量挡板3的连线呈三角形排列。

初次安装时，第一超声波测距仪与测量挡板的初始距离为L1，第二超声波测距仪与测量挡板的初始距离为L2，此时可通过三角函数计算出拱顶的高度H1。

当拱顶发生变形沉降时，第一超声波测距仪、第二超声波测距仪与测量挡板的测量值为L1+l1、L2+l2，此时可通过L1+l1、L2+l2的测量值计算出拱顶高度的实际值H1+h，从而得到拱顶的沉降值。

通过监测拱顶与测点的距离变化得到拱顶沉降信息的监测系统，可实现无接触式、实时、自动化测量。为了测量准确，系统设计有测量挡板、安装支架等部件，测量挡板可很好的反射超声波，而安装支架用于测量挡板的安装，提高了系统的稳定性和实用性。

为了得到拱顶与测点的距离L1、L2的变化，本实用新型通过两个超声波测距仪实现距离测量，如图1所示，测距仪安装与隧道底部，初次安装时，测距仪之间的距离为L3。通过L1、L2、L3计算出拱顶高度H1值。

当拱顶发生变形时，引起L1、L2的读数变化，通过三角函数的计算，从而变化后的H1值。

本实用新型利用了超声波测距仪无接触式测量优点，可减少系统布线的难度，通过三角函数计算出拱顶沉降变化。由于超声波测距仪可选择RS485数字输出式，因此实现监测系统的自动化测量，具有广泛的实用性。

初次安装时，应测量底部超声波测距仪的间距L3，以及记录初始值L1、L2。为了降低超声波测量误差，测距仪与测量挡板间不得有物体遮挡。

在隧道拱顶安装测量挡板时，使用安装支架进行固定，由于挡板的沉降直接反应测量值，因此安装牢固，必要时使用结构胶进行固定。