基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法及装置与流程

本发明涉及隧道位移监测，具体涉及基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法及装置。

背景技术：

1、隧道施工是线路施工的关键环节之一，往往影响整个道路工程的进度。为加快道路工程建设，需要在隧道施工中提高机械化作业的比例和技术水平，并推进国产化装备的技术进步。在适宜的条件下，采用盾构机、tbm、顶管机等机械设备进行隧道掘进，以及利用配套的作业设备将预制的管片快速拼装形成隧道承载结构，能提高隧道施工作业的效率和隧道构件的预制化水平。

2、机械化施工是近年来我国隧道工程技术的发展方向之一，伴随着机械化施工而来的是超前监测的发展。目前，隧道稳定性评价的指标主要以变形为主，围岩变形监测一般包括位移监测、应变监测、应力监测等。开挖施工中使用的主要位移监测技术为三维激光扫描法，通过三维激光扫描岩体，获得岩体三维图像，再将各个时间段的岩体三维图像进行对比，得出岩体位移情况。由于隧道岩体内部空间构造不可见，所以可能会存在遮挡激光扫描的情况，导致三维图像不够准确。而隧道开挖过程中岩体变形方向和变形位置等皆不可控，对于一些不易于识别的岩体结构，三维图像对比的方式准确率较低。因此，亟需一种更加准确的隧道岩土位移监测方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于节段位移计的隧道掌子面前方岩体位移监测系统，提高了位移监测的准确性。

2、第一方面，本发明提供一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法。

3、在第一种可实现方式中，基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法，包括：

4、获取隧道施工掌子面前方若干个形变监测点的相对位移量；相对位移量用于表征各形变监测点相对于另一个形变监测点或基准监测点的位置变化；

5、基于基准监测点，根据各形变监测点的相对位移量对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量；

6、根据各形变监测点的绝对位移量获取隧道掌子面前方的岩体位移情况。

7、结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，获取隧道施工掌子面前方若干个形变监测点的相对位移量，包括：

8、在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设若干个形变监测点，在塌落拱影响区域布设一个基准监测点，采用节段位移计分别测量各形变监测点的相对位移量；

9、节段位移计通过以下方式布设：在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设至少两个节段位移计，且存在一个节段位移计的一个端点位于塌落拱影响区域外，各节段位移计的一端均搭接另一个节段位移计的一端；将塌落拱影响区域外的点作为基准监测点，将塌落拱影响区域内的点作为变形监测点。

10、结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设至少三个节段位移计，各节段位移计首尾搭接，有且仅有一个节段位移计的一端位于塌落拱影响区域外，且各节段位移计的一端位于掌子面。

11、结合第二种可实现方式，在第四种可实现方式中，在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设至少三个节段位移计，所有节段位移计的一端搭接于一点，有且仅有一个节段位移计的一端位于塌落拱影响区域外，且各节段位移计的一端位于掌子面。

12、结合第二种可实现方式，在第五种可实现方式中，布设节段位移计之前包括：

13、获取塌落拱平均高度值；

14、根据塌落拱平均高度值获取塌落拱影响区域。

15、结合第五种可实现方式，在第六种可实现方式中，根据塌落拱平均高度值获取塌落拱影响区域，包括：

16、根据塌落拱平均高度值确定隧道的洞径，并确定隧道的围岩级别；

17、在预设的塌落拱影响区域示例表中对洞径和围岩级别进行查表操作，获得洞径和围岩级别共同对应的塌落拱影响区域；预设的塌落拱影响区域示例表中存储有洞泾、围岩级别与塌落拱影响区域的对应关系。

18、结合第一种可实现方式，在第七种可实现方式中，根据各形变监测点的相对位移量对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量，包括：

19、以基准监测点为原点，构建三维坐标系，在三维坐标系中确定各形变监测点的原始坐标；

20、根据各形变监测点的相对位移量获取各形变监测点的坐标位移量；

21、根据各形变监测点的坐标位移量和原始坐标获取各形变监测点的绝对位移量；绝对位移量用于表征各形变监测点在三维坐标系中的当前坐标。

22、结合第一种可实现方式，在第八种可实现方式中，根据各形变监测点的绝对位移量获取隧道掌子面前方的岩体位移情况，包括：

23、在各形变监测点布设在同一平面的情况下，根据各形变监测点的绝对位移量绘制隧道掌子面前方的岩体位移平面图；

24、在各形变监测点布设于多个平面的情况下，根据各形变监测点的绝对位移量绘制隧道掌子面前方的岩体位移三维立体图。

25、第二方面，本发明提供一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置。

26、在第九种可实现方式中，基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置，包括：

27、相对位移量获取模块，被配置为获取隧道施工掌子面前方若干个形变监测点的相对位移量；相对位移量用于表征各形变监测点相对于另一个形变监测点或基准监测点的位置变化；

28、绝对位移量获取模块，被配置为基于基准监测点，根据各形变监测点的相对位移量对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量；

29、岩体位移情况获取模块，被配置为根据各形变监测点的绝对位移量获取隧道掌子面前方的岩体位移情况。

30、第三方面，本发明提供一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置。

31、在第十种可实现方式中，一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在运行程序指令时，执行如上述的基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法。

32、由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：

33、1.通过获取多个形变监测点的相对位移量，相对位移量用于表征各形变监测点相对于另一个形变监测点或基准监测点的位置变化，然后基于基准监测点对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量，进而获取隧道掌子面前面的岩体位移情况。相比激光扫描法中需要图像识别和图像对比，本方案中测量相对位移量不会受到岩体结构的影响，且只需要对相对位移量进行少量的数据处理，计算量更少，准确率更高。

34、2.随着隧道机械化施工的发展，隧道工程施工中越来越需要提前知晓掌子面前方岩体因施工而引起的绝对位移值，以能够根据绝对位移值采取合适的措施，以保证调整机械化施工顺利进行。本方案通过节段位移计测量出各形变监测点的相对位移量，进而基于基准监测点，对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量，贴合了当前隧道机械化施工的发展情况，更加适用。

技术特征：

1.一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取隧道施工掌子面前方若干个形变监测点的相对位移量，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设至少三个节段位移计，各节段位移计首尾搭接，有且仅有一个节段位移计的一端位于塌落拱影响区域外，且各节段位移计的一端位于掌子面。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在隧道施工掌子面前方的塌落拱影响区域内布设至少三个节段位移计，所有节段位移计的一端搭接于一点，有且仅有一个节段位移计的一端位于塌落拱影响区域外，且各节段位移计的一端位于掌子面。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，布设节段位移计之前包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据塌落拱平均高度值获取塌落拱影响区域，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各形变监测点的相对位移量对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各形变监测点的绝对位移量获取隧道掌子面前方的岩体位移情况，包括：

9.一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置，其特征在于，包括：

10.一种基于节段位移计的隧道岩体位移监测装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在运行所述程序指令时，执行如权利要求1至8任一项所述的基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法。

技术总结
本发明涉及隧道位移监测技术领域，具体涉及基于节段位移计的隧道岩体位移监测方法及装置。通过获取多个形变监测点的相对位移量，相对位移量用于表征各形变监测点相对于另一个形变监测点或基准监测点的位置变化，位置变化包括各个方向的变化，然后基于基准监测点对各形变监测点进行位置修正，获得各形变监测点的绝对位移量，进而获取隧道掌子面前面的岩体位移情况。本方案计算量小，准确率高，相比多点位移计只能测量轴向的位移，本方案可以获得岩体在各个方向的位移情况，解决了现有技术中存在的多点位移计只能测出延布设方向的轴向位移的技术问题。

技术研发人员：何江陵,李科,余国红,江星宏,邱志雄,刘敏,黄哲学,曾鹏
受保护的技术使用者：招商局重庆交通科研设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16