[发明专利]一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统

权利要求书

1.一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统，至少包括多个扫描仪和一个上位机，且上位机位于辅助推进油缸位置的护盾轴线处，其特征在于，所述扫描仪按照能够利用临时坐标系对隧道轮廓和岩貌特征进行扫描的方式安装在辅助推进油缸截面处的护盾的各个观测孔处，根据所需在护盾上钻取观测孔和安设快速安装基座和轨道，在辅助推进油缸不影响安装的情况下能够直接将扫描仪快速安装在基座上就位，且所述扫描仪通过下位机与上位机之间的无线通信进行信号传输；上位机与扫描仪在不同的隧道断面内；

所述扫描仪的软件模块和硬件，软件模块包括围岩轮廓扫描模块、围岩形貌观测模块、无线通信模块和控制模块，硬件包括测距仪、侧斜仪、摄像头、光源、电子伸缩和转动平台、电池、微处理器、信号调理和转换电路，所述上位机由无线通信模块、定位模块、数据采集、处理、显示模块和数据存储模块组成，下位机封装扫描仪内且由微处理器控制；

测距仪和测斜仪分别能够获取以电子伸缩和转动平台中心为临时坐标原点的距离和角度信号，通过摄像头和光源能够对一定范围内的围岩的形貌进行实时拍摄与观测；

电子伸缩与转动平台能够实现不同工作方向的连续切换、伸出与缩回观测孔，有助于测距仪和测斜仪工作位置的转换，从而观测一定范围内的围岩，电子伸缩和转动平台的运行状态由上位机进行控制，其运行范围在观测孔处护盾的切线范围内，测量范围由观测孔所处于护盾的位置决定；

其中，所述无线通信模块负责接收扫描仪的扫描数据并将其传输给数据采集与处理模块，处理部分包括信号的编译、隧道断面二维轮廓建立、隧道实际开挖面三维轮廓建立、围岩形貌实时成像与隧道实际开挖面三维岩貌图像拼接；

上位机中心为基准坐标系原点，其坐标通过隧道内激光导向系统中的安装于管片上的激光指向仪的坐标进行标定，从而将地面监测控制网的坐标引入，扫描仪中心为临时坐标系原点，隧道围岩断面轮廓测量数据使用极坐标进行表示。

2.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统，其特征在于：所述扫描仪具有自诊断功能，在自身产生问题时能够将问题报警信息及诊断信息通过下位机报告给上位机，方便做进一步处理与解决，同时微处理器完成数据的采集、发送以及接受上位机的指令，且整个扫描仪由高性能高温锂电池供电，能够适应井下恶劣环境，从而实现自动启动测量、结束测量、启动数据传输、停止数据传输，接受上位机指令。

3.根据权利要求2所述的一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统，其特征在于，所述上位机按照能够控制所述扫描仪中光源的亮度与观测角度的方式对所述扫描仪观测到的隧道的局部位置进行重点详细观测。

4.根据权利要求1所述的一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统，其特征在于，所述定位模块主要是对护盾掘进机上观测孔处的扫描仪进行角度和距离定位，所述数据采集模块通过无线通信模块获取扫描仪采集的信号数据，通过处理模块实现距离和角度的换算，生成隧道断面二维轮廓图和隧道实际开挖面三维模型，其中，所述处理模块能够对多个观测孔拍摄的隧道围岩岩貌图像进行拼接，从而形成完整的隧道围岩岩貌三维图像。

5.根据权利要求4所述的一种基于双护盾TBM工艺的隧道施工监测系统，其特征在于，通过双护盾形成的两个安装方向上进行扫描仪安装能够避免辅助推进油缸的阻挡，传输过程中信号衰减较小，无线信号传输主要通过上位机和下位机中的无线通信模块直接相连，实现角度、距离、图像信号的传输，传输方式满足使用环境的要求，均支持标准的通信协议，保证了系统的稳定性、可移植性和开发性，且无线通信技术为RFID、NFC、蓝牙、ZigBee、WiFi或UWB中的任一种。