[发明专利]一种隧道沉降收敛自动测量系统

说明书

本发明公开了“一种隧道沉降收敛自动测量系统”，其技术领域属于隧道监控量测技术领域，特别涉及一种用于测量隧道拱顶下沉、净空收敛和地表沉降的测量仪器设备及测量方法。该系统主要由净空收敛测量单元、沉降测量单元（含拱顶下沉测量装置和地表沉降测量装置）、控制终端、温/湿度传感器、配件（专用测量连通管、连接线缆、反光板等）和一套测控软件组成。综合采用激光相位测距亚毫米测量技术、精密水准仪测量技术、自组网超低功耗无线通信技术、函数换算间接测量技术、高度基准导入技术、软件化测控技术，以及快速装拆连接方法，保证了系统的高精度和自动化。

技术领域

本发明属于隧道监控量测技术领域，特别涉及一种用于测量隧道拱顶下沉、净空收敛和地表沉降的测量仪器设备及测量方法。

背景技术

在隧道建设过程中要对围岩的沉降、收敛变形进行及时准确的测量与分析，以确保施工安全及结构的长期稳定性，有效指导施工、避免地质灾害和施工事故的发生，积累量测数据、为信息化设计与施工提供依据。例如，铁路隧道监控量测技术规程(Q/CR 9218-2015) 4.1.4条规定：监控量测工作应随施工工序及时进行，测点应及时埋设，支护后2小时内读取初始数据，并应依据现场情况及时调整监控项目和内容。同时，该技术规程还明确规定了监控量测最重要的必测项目，其中隧道拱顶下沉、净空收敛和地表沉降就是其中的3个。因此，对应的现场测量仪器设备与测量方法的研究是非常重要的。

目前的监控量测大多采用全站仪进行，测量班组一般为11人左右，测量的数据每天上报工管中心。总体来看，现有监控量测采用的仪器设备和测量方法都比较复杂，主要存在以下问题：

一是现场测量费时费力、测量数据处理繁琐、工作效率低，不能实时掌握情况、反馈指导施工，特别是难以掌握初始状态急速沉降情况，给施工安全带来一定隐患；

二是测量工作量较大，甚至会影响施工进度，例如在五级危岩情况下，对拱顶沉降和净空收敛等项目的监控量测，要求间隔6不超过小时，每次测量通常需要至少3名专业人员约2个小时完成，而对于每个测点，通常需要持续监控一个星期甚至更长时间；

三是因人工操作的偶然性和随机性较多，易出现人为误差，难以满足0.5mm~1mm的测量精度要求。

四是施工与测量相互干扰，特别是在喷锚、出渣或大型车辆出入等情况下，会直接影响监控测量人员工作和安全。

目前精确快速的隧道监控量测手段和仪器设备仍在不断研究之中，但还没有行之有效的完善测量方法和仪器设备，特别是也没有与本发明类似的专利申请出现。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术设备的不足，提供一种优于当前隧道沉降收敛的测量分析仪器设备及测量方法，可以方便技术人员高效的开展隧道施工的实时现场测量与数据处理工作。本系统为非接触式、自校准、一站式自动化测量系统，既可实现隧道各段的整体移动测量，也可实现单个监测点移动测量；既可同时测量拱顶下沉、净空变化和地表沉降，也可单独测量这3项参数；既可以连续不间断时间监测，也可按要求设置为定时测量；既能在本地自动记录测量数据，也能通过无线网络自动上传测量数据；既可以利用系统自带电池短期独立工作，也可以外接交流电源供电长期工作；既可以通过控制终端现场操作测量，也可以在中心服务器或手持式移动终端完成测量操作。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种隧道沉降收敛自动测量系统，综合采用激光相位测距亚毫米测量技术、精密水准仪测量技术、自组网超低功耗无线通信技术、函数换算间接测量技术、高度基准导入技术、软件化测控技术，以及快速装拆连接方法，保证了系统的高精度和自动化。该系统主要由净空收敛测量单元、沉降测量单元（含拱顶下沉测量装置和地表沉降测量装置）、控制终端、温/湿度传感器、配件（专用测量连通管、连接线缆、反光板等）和一套测控软件组成。