[发明专利]一种隧道实时沉降观测装置及观测方法，实时监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种隧道实时监测方法，其特征在于，通过实时监测装置进行，所述实时监测装置包括前摄像头（18）、后摄像头（19）、设置在隧道掌子面的拱顶和拱腰两侧的若干反光帽（20）以及沉降观测装置；

前摄像头（18）和后摄像头（19）均与控制器（21）连接，前摄像头（18）和后摄像头（19）均固定设置在外壳（4）上，前摄像头（18）的镜头和后摄像头（19）的镜头同轴，且能够拍摄到镜头前方隧道掌子面的拱顶和拱腰两侧的反光帽（20）；

所述沉降观测装置包括控制器（21）、外壳（4），外壳（4）前后连接红外发射器（2）和红外接收器（13），外壳（4）顶面内侧连接上极板（8），顶面外侧连接水平检测装置（7），外壳（4）底面内侧连接下极板（9），底面外侧连接调平装置（5），上极板（8）与下极板（9）之间设置一根直杆（1），直杆（1）上套设有铜立方体（3），外壳（4）的侧面连接电源装置（6）；控制器（21）与红外接收器（13）连接；

隧道实时监测方法的过程如下：

通过实时沉降观测装置实时观测隧道地面的沉降；

当隧道地面发生沉降后，实时沉降观测装置测量出地面的沉降量；

通过前摄像头（18）和后摄像头（19）时时观察它们镜头前方拱顶和拱腰两侧的反光帽（20）；

在隧道产生拱顶沉降后，拱顶的反光帽（20）随拱顶一起下降，从前、后摄像头（18，19）的镜头中读出被观察的拱顶的反光帽（20）下降后，前、后摄像头（18，19）在竖直方向观察角度的变化，控制器（21）根据前、后摄像头（18，19）读出的竖直方向变化的观察角度，前、后摄像头（18，19）之间的距离以及隧道地面的沉降量计算出隧道拱顶的沉降值；

在隧道拱腰发生收敛位移时，隧道拱腰两侧的反光帽（20）随隧道拱腰一起移动，从前、后摄像头（18，19）的镜头中读出被观察的拱顶的反光帽（20）移动后，前、后摄像头（18，19）在水平方向观察角度的变化，控制器（21）根据前、后摄像头（18，19）读出的水平方向变化的观察角度，以及前、后摄像头（18，19）之间的距离计算隧道拱腰收敛位移值；

控制器（21）将测得的隧道地面的沉降量、隧道拱顶的沉降值和隧道拱腰收敛位移值传输到施工管理人员的通讯设备上；

所述隧道拱顶的沉降值X=X₁+X₂，其中，X₁为隧道地面的沉降值，X₂为隧道的净空位移值，X₂=H₁-H₂，其中，H₁=a/（cotβ-cotα），H₂=a/（cotδ-cotγ），其中，H₁为反光帽20到前摄像头18和后摄像头19连线的竖直距离，a为前摄像头18和后摄像头19之间的距离，β为后摄像头19读出的角度，α为前摄像头18读出的角度，δ为在隧道产生拱顶沉降后后摄像头19读出的角度，γ为在隧道产生拱顶沉降后前摄像头18读出的角度；

道拱腰收敛位移值L=L₁-L₂，其中，L₁为左侧反光帽20与前摄像头18和后摄像头19连线的水平距离，L₁=a/（cotφ-cotε），L₂=a/（cotθ-cotη），其中，φ为通过后摄像头19观察拱腰左侧反光帽读出的角度，ε为通过前摄像头18观察拱腰左侧反光帽读出的角度，θ为在隧道拱腰发生收敛位移时后摄像头19读出的角度，η为在隧道拱腰发生收敛位移时前摄像头18读出的角度；

实时沉降观测装置测量出地面的沉降量的过程包括：

将实时沉降观测装置设置在待测量的位置，调平实时沉降观测装置，使直杆（1）呈竖直状态；

使铜立方体（3）带电；

打开电源装置（6），使铜立方体（3）处于悬浮状态；

打开红外发射器（2）和红外接收器（13），红外发射器（2）从上到下每间隔预设距离发射一道水平的红外线，红外接收器（13）接收每一道红外线；

当待测量的位置发生沉降后，铜立方体（3）在竖直方向位置不动，外壳（4）、直杆（1）、红外发射器（2）和红外接收器（13）均随待测量位置一起沉降，在待测量位置发生沉降过程中，铜立方体（3）对红外发射器（2）发出的红外线进行遮挡，同时记录红外接收器（13）未接收到的红外线的数量，通过该数量以及红外发射器（2）发出的相邻两道红外线之间的距离得到待测量位置的沉降量。