[发明专利]隧道拱顶收敛全过程监测系统及方法

说明书

一种隧道拱顶收敛全过程监测系统,包括掌子面前方拱顶预收敛监测系统、掌子面后方拱顶收敛监测系统、全站型电子测距仪，所述的全站型电子测距仪设置在隧道掌子面后方；本发明原理简单，操作方面，可实现对隧道预收敛变形整个发展过程的监测，弥补了现有监测方法中只局限于掌子面后方拱顶收敛的不足。

技术领域

本发明属于隧道变形监测装置或设备技术领域，具体涉及到一种隧道拱顶收敛全过程监测系统及方法。

背景技术

我国已成为世界上修建隧道数量最多、隧道修建技术发展最快的国家。隧道施工中，监控量测是必不可少的一个环节，我国相关规范中规定，隧道开挖(即掌子面通过)后必须对洞室拱顶收敛位移进行监测，以实时判断隧道稳定性、必要时修改设计。而实质上，围岩的变形在掌子面达到之前就已经发生，有关理论将掌子面到达前拱顶位置产生的下沉定义为预收敛位移，将掌子面通过后的发生的拱顶下沉定义为收敛位移，预收敛位移和收敛位移组成了洞室最终的拱顶下沉量。因此，传统监控量测方法得到的只是拱顶下沉后期部分的位移，并未考虑掌子面通过前核心土的预收敛，而对于软弱围岩隧道，如果掌子面通过前产生过大的预收敛位移，掌子面通过后的监测工作则无法改变事故的发生，甚至过大的预收敛会直接导致超前核心土的破坏。然而，目前隧道预收敛变形的概念主要停留在理念阶段，大多数关于该方面的研究都是基于理论推导或数值计算手段进行，而对于预收敛位移的现场量测缺少一种可广泛应用于实际工程的手段。随着我国隧道修建环境的不断复杂，传统的监控量测方式已经难以满足隧道施工中稳定性的要求，有必要提出一种隧道拱顶收敛全过程监测的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足,提供一种成本低、操作简单、可实现对拱顶收敛位移从掌子面到达前预收敛开始到掌子面通过后收敛趋于稳定的全过程监测，从而对隧道变形和围岩稳定性进行全方位地评判和预测的隧道拱顶收敛全过程监测系统及方法，适用于施工过程中掌子面处于开放状态的各类隧道工程。

解决上述技术问题采用的技术方案是：隧道拱顶收敛全过程监测系统包括掌子面前方拱顶预收敛监测系统、掌子面后方拱顶收敛监测系统、全站型电子测距仪，所述的全站型电子测距仪设置在隧道掌子面后方；所述的掌子面后方拱顶收敛监测系统包括基准点系统和拱顶测点系统，所述的拱顶测点系统为等间距设置在掌子面后方拱顶位置的反光片，反光片与初支结构固定连接，所述的基准点系统为设置在掌子面后方已稳定区域的反光片，所述全站型电子测距仪可精确测量两点之间在竖直方向上的高差；

所述的拱顶预收敛监测系统包括在开挖轮廓拱顶位置沿隧道轴线向隧道掌子面前方的钻孔，钻孔内安装有测量套管，测量套管一侧绑扎有注浆管用于后期注浆固定，测量套管下端设置有密封尾管，测量时测量套管内放入感应探头，感应探头的一端与操作杆相连接，感应探头通过电缆与设置在隧道掌子面处的测读仪相连接，将感应探头测量到的数据传输给测读仪，所述的电缆设置在电缆支架上，所述的测量套管的端口设置有预收敛定位组件，用于标定测量套管掌子面端的竖向位移量。

本发明的感应探头包括金属杆体，所述的金属杆体的一端设置有缓冲橡胶垫、另一端设置有铰接接头和电缆接头，所述的铰接接头与操作杆相连接，使感应探头可在竖直平面内转动，所述的电缆接头一端与安装在金属杆体上的倾角传感器相连接、另一端通过电缆与测读仪相连接，将倾角传感器测量到的水平倾斜角数据传输给测读仪，所述的金属杆体上安装有四个导向轮，其中两个导向轮安装在金属杆体的前端，另外两个安装在金属杆体的后端，测量套管的内壁上开设有与导向轮相适配的导向槽。

本发明的测量套管外侧等间距设置有铜质贴片，所述的铜质贴片可和注浆管注入的水泥浆液粘结。

本发明的电缆支架包括支架本体，所述的支架本体下部设置有固定脚轮和支撑支座，上部设置有电缆收放轮，缠绕在电缆收放轮上的电缆一端通过设置在支架本体上的电缆导向圈与感应探头上的电缆接头相连接、一端通过电缆接头与测读仪相连接，支架本体的顶部设置有抓手。