一种隧道围岩变形监测报警装置的制作方法

本发明涉及隧道围岩监测技术领域，具体为一种隧道围岩变形监测报警装置。

背景技术：

随着国家建设的快速发展，目前的公路、铁路隧道出现了一些新的特点：断面大、隧道长、地质条件复杂，隧道掘进面前方的不良地层条件极易引起隧道塌方、涌水。这些因素不仅在技术上给隧道施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、工期延误，从而造成巨大的经济损失，同时也引起了国家监管部门的高度重视。

目前国内隧道围岩监测，一是普遍采用接触类装置量测，效率低下，消耗大量的人力和财力，且观测效果不佳，存在人为因素影响过大导致监测结果失真的问题；二是有些用较先进的bjsd-3激光隧道断面检测仪，全站仪等，但不具自动报警功能，不能实时监测，也有人为影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隧道围岩变形监测报警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种隧道围岩变形监测报警装置，包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、定位模块、通信模块、监控及信号处理软件模块、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块，所述传感器组、自动采集控制模块、定位模块、通信模块、监控及信号处理软件模块、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块分别与电源模块相连接，所述传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化和水压变化信息，所述自动采集控制模块用于控制所述传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率，所述定位模块与监控及信号处理软件模块连接，用于实时获取出问题的围岩位置，所述传感器组通过通信模块将采集到的信号发送到监控及信号处理软件模块，所述监控及信号处理软件模块用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况输出信号分别至文本显示屏、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块，所述远程无线通讯模块输出信号至工程指挥部的远程信号接收终端。

进一步的，所述定位模块包括用于感应其它定位装置发送过来信号强度的无线传感器组和根据无线传感器的感应结果进行位置计算的定位处理器。

进一步的，所述传感器组包括收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计，且所述收敛计、全站仪、位移传感器、压力盒、锚杆测力计、钢筋计、应变计、温度传感器和渗压计分别与自动采集控制模块连接。

进一步的，所述自动采集控制模块包括顺次连接的计时器和控制器，所述计时器与传感器组连接，所述控制器与通信模块连接。

进一步的，所述自动采集控制模块控制传感器组采集iv级围岩信号的周期为20min-3h。

进一步的，所述自动采集控制模块控制传感器组采集v级围岩信号的周期为7min-10min。

进一步的，所述监控及信号处理软件模块包括单片机。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过在隧道围岩监测断面安装各种传感器，实时自动采集围岩的相关数据，自动采集控制模块控制传感器采集信号的周期和发送信号的频率，通过通信模块将信号传输到监控及信号处理软件模块，监控及信号处理软件模块接收并处理数据，并与相关隧道施工规范、规程要求的阈值进行对比，接近或超出阈值的数据发出报警信号，警示施工人员注意安全，在出现问题时，能够及时预警，同时也能无须人员进入出事地点就提供大量的相关信息，提升了系统的安全性，另外，除了能够监测围岩的状态以外，还能具备定位功能，定位模块能够实时获取出问题的围岩位置，使得工作人员能够迅速定位问题位置，本发明能实时监控施工隧道不稳定的围岩的变形情况从而发出于预警信息以避免事故的发生。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种隧道围岩变形监测报警装置，包括顺次连接的传感器组、自动采集控制模块、定位模块、通信模块、监控及信号处理软件模块、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块，所述传感器组、自动采集控制模块、定位模块、通信模块、监控及信号处理软件模块、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块分别与电源模块相连接，所述传感器组用于分别监测围岩内壁的位移变形、压力变化、混凝土应变力变化、温度变化和水压变化信息，所述自动采集控制模块用于控制所述传感器组分别采集信号的周期和发送所述信号的频率，所述定位模块与监控及信号处理软件模块连接，用于实时获取出问题的围岩位置，所述传感器组通过通信模块将采集到的信号发送到监控及信号处理软件模块，所述监控及信号处理软件模块用于处理接收采集到的信号，并根据实际情况输出信号分别至文本显示屏、远程无线通讯模块和现场声光报警系统模块，所述远程无线通讯模块输出信号至工程指挥部的远程信号接收终端。

具体的，所述定位模块包括用于感应其它定位装置发送过来信号强度的无线传感器组和根据无线传感器的感应结果进行位置计算的定位处理器，定位模块能够实时获取出问题的围岩位置，使得工作人员能够迅速定位问题位置。

具体的，传感器组包括用于监测隧道围岩收敛的收敛计；用于监测拱顶下沉、地表下沉的自动全站仪；用于监测围岩体沉降的多点位移传感器；用于监测围岩压力和两层支护之间的压力的压力盒；用于监测锚杆轴力的锚杆测力计；用于监测钢筋应力的钢筋计；用于监测钢拱架应变的应变计；用于监测二衬混凝土应力的混凝土应变计；用于监测爆破震动的加速度传感器；用于监测渗水压力的渗压计；用于监测水流量的流量计；用于监测隧道洞内的温度变化的温度传感器。通过传感器组对围岩内壁的变形、岩体沉降、压力等信息进行采集，再经过通信模块将采集到的信息发送到监控及信号处理软件模块，监控及信号处理软件模块对围岩的相关信息进行处理，如果有的信息不符合相关隧道施工规范、规程要求的数据，监控及信号处理软件模块控制现场声光报警系统模块发出警示信号，警示施工人员注意安全。

具体的，围岩内壁位移测量是监测围岩不同深度的位移，判断开挖后围岩的松动范围。根据隧道围岩地质条件设置监控量测断面，每个断面在侧壁和拱部设置5个测孔，孔深3.5-5m，孔径均为ф50，每孔埋设3点钢弦式多点位移计，使各测点与钻孔壁紧密结合，岩层移动时带动测点一起移动，量测围岩不同深度的位移量。假定最远测点布置在稳定围岩内，进而可以求出各测点相对于最远测点的位移值。当最远测点的埋设深度度愈大，本身受开挖的影响愈小，所测得的位移值愈接近绝对值。

具体的，锚杆测力计根据隧道围岩地质条件或设置监控量测断面，在每个断面周边按径向钻孔，在隧道侧壁和拱部布置5个测孔，每个测孔内安装3个测点的钢弦式锚杆轴力计，量测锚杆不同深度的轴力。在孔内注浆使锚杆轴力计与围岩紧密，安装完毕稳定采用数字式读数仪测读初始读数。

具体的，钢支撑内力测量是监控钢支撑的受力情况，了解钢拱架与喷混凝土对围岩的组合支护效果；了解钢拱架的实际工作状态，视具体情况决定是否需要采取加固措施；判断初期支护承载能力。钢支撑内力采用钢筋计量测，每个监控断面沿隧道拱顶、两拱腰和两边墙共5个钢筋计进行监测，在焊接过程中注意进行淋水降温，埋设完毕并降温稳定后测读初始读数。

具体的，每个监控断面沿隧道拱顶、两拱腰和两边墙共5个位置的在喷射混凝土和二次衬砌混凝土内埋设混凝土应变计进行量测。埋设时用钢筋支架固定，使混凝土应变计受力方向为隧道轮廓的切线方向。

具体的，在临近建筑物修建隧道时，需要对爆破震动进行监测，采用加速度传感器测力爆破震动。

具体的，如果有的隧道出现地表渗水情况，需要对渗水压力，水流量进行监测，采用渗压计和流量计分别监测渗水压力和水流量。温度传感器用于监测隧道洞内的实时温度。

在本实施例中，自动采集控制模块控制传感器组采集信号的周期和发送信号的频率。自动采集控制模块包括顺次连接的计时器和控制器，计时器用于对采集信号周期和发送信号的频率进行计时，控制器用于控制器当时间到达后控制传感器组工作。目前相关规范、规程要求的监控周期无法满足自稳能力差的围岩稳定性监控要求，即人工监控方法不能有效监控软弱围岩稳定性。隧道施工监测周期t不得大于隧道站立时间t0，否则不能有效监测围岩的稳定性。从我国铁路隧道基于rmr的时间和空间指标建立的关系可以看出，10.5m跨度的隧道，v级围岩的平均站立时间只有30分钟，iv级围岩的稳定时间也只有10个小时。因此，要了解围岩变形速度的快慢，监测的次数应该足够多，如果少于5次，围岩变形曲线的趋势不明显，因此，监测次数不应少于5次。基于上面的分析，可以得出监控周期和围岩站立时间之间关系式，即站立时间t减去埋点前时间ta，应大于测量次数乘以监测周期这才是一个充分条件。根据以上的分析，要对岩体稳定性进行有效的监控，也就是说，监测的周期必须足够小，应采用自动监测才能满足要求。因此，自动采集控制传感器组采集iv级围岩信号的周期为20min-3h。自动采集控制模块控制传感器组采集v级围岩信号的周期为7min-10min。对于不同等级的围岩岩体要采用不同的监测周期才能对岩体稳定性进行有效监控。

具体的，所述监控及信号处理软件模块包括单片机。

终上所述，本发明通过在隧道围岩监测断面安装各种传感器，实时自动采集围岩的相关数据，自动采集控制模块控制传感器采集信号的周期和发送信号的频率，通过通信模块将信号传输到监控及信号处理软件模块，监控及信号处理软件模块接收并处理数据，并与相关隧道施工规范、规程要求的阈值进行对比，接近或超出阈值的数据发出报警信号，警示施工人员注意安全，在出现问题时，能够及时预警，同时也能无须人员进入出事地点就提供大量的相关信息，提升了系统的安全性，另外，除了能够监测围岩的状态以外，还能具备定位功能，定位模块能够实时获取出问题的围岩位置，使得工作人员能够迅速定位问题位置，本发明能实时监控施工隧道不稳定的围岩的变形情况从而发出于预警信息以避免事故的发生。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。