隧道施工围岩变形自动监控量测装置及量测方法与流程

本发明属于隧道施工，涉及隧道施工围岩变形自动监控量测装置。本发明还涉及隧道施工围岩变形自动监控量测方法。

背景技术：

1、隧道施工监控量测用于确保隧道施工的安全和可靠性；通过监控量测，可以及早发现可能存在的稳定性问题，并采取必要的措施避免事故的发生；

2、传统的隧道施工监控量测通常由量测人员现场完成，不仅费时费力，且测量数据极易受到人为因素的影响，数据可靠性和及时性均存在一定程度的安全隐患；

3、由于传统隧道人工监测已无法满足建设期内的监测要求，且对于形变数据无法实时获取并告知预警，特别是隧道施工过程中，掌子面洞顶沉降及水平收敛监控量测对于隧道施工的安全生产极其重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供隧道施工围岩变形自动监控量测装置，解决了现有技术中存在的形变数据无法实时获取并告知预警的问题。

2、本发明的另一个目的是提供隧道施工围岩变形自动监控量测方法。

3、本发明所采用的技术方案是，隧道施工围岩变形自动监控量测装置，具体包括设置于隧道监测位置的量测终端系统、数传系统和4g网关云设备；

4、量测终端系统量测监测节点数据，数传系统将量测终端系统量测的数据经主机轮询集中采集后通过多级中继传送至4g网关云设备，4g网关云设备与远程云管理平台进行交互，实现量测网内量测传感器数据的实时上云服务和管理平台下发命令的转接。

5、本发明的特点还在于：

6、其中量测终端系统包括多个量测终端节点组成的量测传感网络，包括量测控制单元以及数据传输单元dtu，用于提供监测节点的实施量测数据，数据传输单元dtu连接数传系统，量测控制单元以及数据传输单元dtu实现终端量测数据的采集和上传以及来自云端控制命令的解析；

7、其中量测终端系统包括两个激光测距仪，两个激光测距仪分别用于隧道监测位置的水平和斜向距离的量测；

8、其中斜向距离的量测中斜向激光的空间方位角由高精度倾角仪实时监测并随激光测距仪的测距数据实时上传；量测终端系统设置有激光测距镜头的遮挡防尘装置，量测时远程自动开启；两个激光测距仪下方还连接有精密水平旋转云台，用于量测终端系统的水平面设置和与涵洞轴线垂直方位的处置；

9、其中数传系统包括数据集中器和中继器，数据集中器与量测终端系统互通，数据集中器通过中期起与4g网关云设备互通。

10、本发明所采用的第二个技术方案是，测量终端系统隧道施工围岩变形自动监控量测方法，采用测量终端系统隧道施工围岩变形自动监控量测装置，具体按以下步骤实施：

11、步骤1，采用激光测距仪自动测得编号n节点第i天第j次水平方向距离dn(i，j)和斜向方向距离ln(i，j)以及斜向激光的空间方位角，斜向激光的空间方位角为与水平方向的仰角αn(i，j)以及测量光线面与竖直面之间的偏离角θn(i，j)，θn(i，j)应控制在适当小的范围内，否则需要进行相应调整；

12、步骤2，计算得到n节点第i天前j次仰角平均值以及与竖直面偏离角θn(i，j)的平均值

13、步骤3，按照计算得到监控三角形的面积sn(i，j)；

14、步骤4，水平方向距离以及斜向方向距离的变化均可导致监控三角形abc面积的变化通过面积变化综合反映洞顶沉降和水平收敛的综合影响，作为施工过程中的安全监测和预警；

15、步骤5，由测量数据得到洞顶相对高度；及其变化其中δsn(i，j)＝sn(i，j)-sn(i，j+1)，δdn(i，j)＝dn(i,j)-dn(i,j+1)；

16、步骤6，依据步骤1～5依次得到各个节点洞顶沉降δhn(i，j)、水平收敛δdn(i，j)以及监控三角形面积变化δsn(i,j)的监控参数的时序序列；

17、步骤7，分析研判各节点监控参数的变化规律综合得到隧道拱顶沉降和水平收敛趋势曲线，依据收敛趋势做出相应处置。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明的隧道施工围岩变形自动监控量测装置克服了人工作业工作量大、测量数据易受人为因素影响、数据真实性差等缺点；监控三角形的面积变化，综合反映了洞顶沉降和水平收敛的共同影响，相比单一的监控参数，提高了预警的响应度和灵敏度；由监控面积法得到的洞顶沉降有效的排除了横向收敛数据的影响；实时自动远程多节点同时测量不仅可以显著提高监控量测的效率和数据的真实性，而且可以及时发现安全隐患自动预警。

技术特征：

1.隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，具体包括设置于隧道监测位置的量测终端系统、数传系统和4g网关云设备；

2.根据权利要求1所述的隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，所述量测终端系统包括多个量测终端节点组成的量测传感网络，包括量测控制单元以及数据传输单元dtu，用于提供监测节点的实施量测数据，数据传输单元dtu连接数传系统，量测控制单元以及数据传输单元dtu实现终端量测数据的采集和上传以及来自云端控制命令的解析。

3.根据权利要求2所述的隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，所述量测终端系统包括两个激光测距仪，两个激光测距仪分别用于隧道监测位置的水平和斜向距离的量测。

4.根据权利要求3所述的隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，所述斜向距离的量测中斜向激光的空间方位角由高精度倾角仪实时监测并随激光测距仪的测距数据实时上传；量测终端系统设置有激光测距镜头的遮挡防尘装置，量测时远程自动开启；两个激光测距仪下方还连接有精密水平旋转云台，用于量测终端系统的水平面设置和与涵洞轴线垂直方位的处置。

5.根据权利要求1或2所述的隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，所述数传系统包括数据集中器和中继器，数据集中器与量测终端系统互通，数据集中器通过中期起与4g网关云设备互通。

6.隧道施工围岩变形自动监控量测方法，采用权利要求1～5任一所述的隧道施工围岩变形自动监控量测装置，其特征在于，具体按以下步骤实施：

技术总结
本发明公开了隧道施工围岩变形自动监控量测装置，具体包括设置于隧道监测位置的量测终端系统、数传系统和4G网关云设备；量测终端系统量测监测节点数据，数传系统将量测终端系统量测的数据经主机轮询集中采集后通过多级中继传送至4G网关云设备，4G网关云设备与远程云管理平台进行交互，实现量测网内量测传感器数据的实时上云服务和管理平台下发命令的转接；本发明还公开了隧道施工围岩变形自动监控量测方法，解决了现有技术中存在的形变数据无法实时获取并告知预警的问题。

技术研发人员：孙铁军,孟灵鑫,沈立中,王晋国,王丹锋
受保护的技术使用者：温州信达交通工程试验检测有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21