基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道工程测量技术领域，涉及一种基于激光传感器的可实现自动化测 量隧道拱顶沉降方法。
【背景技术】
[0002] 隧道开挖后，隧道周边围岩应力进行重新分布。随着施工推进，隧道周边围岩及其 支护将产生变形(拱顶沉降及周边收敛)。因此，对隧道拱顶沉降及周边收敛进行观测，可以 有效了解施工期地层、支护结构与周边环境的动态变化，明确施工对地层、支护结构和周边 环境的影响程度以及可能产生安全事故的薄弱环节，预测临近建筑物的变形发展趋势，及 时对其安全性做出评估。
[0003] 目前行业内有以下几种方式用于测量隧道拱顶沉降： 1.采用钢尺及水准仪测量拱顶沉降：该方法主要是在隧道监测断面拱顶测点处预埋 一带钩测量粧来吊挂钢卷尺，用精密水准仪观测其读数来获得拱顶沉降量。此方法主要用 于人工测量，数据量小，操作难度大，劳动强度高等特点，且不具备自动化测量的可能性。
[0004] 2.采用全站仪测量拱顶沉降：该方法主要在隧道监测断面拱顶测点处安装一普 通反光贴，利用全站仪测得测点三维坐标，通过把测值坐标同初值坐标比对得出拱顶沉降 值。此方法存在设备昂贵、无法实时获取到变化的数据。
[0005] 3.采用收敛计测量拱顶沉降：该方法主要是在隧道两侧边墙及拱顶处设置一带 钩测测量粧，形成三角布置测点，然后利用收敛计分别测得三点组成的三角形三条边长，并 换算得出单前三角形的高，通过与初始三角形高值比对得出拱顶沉降值。此方法亦存在数 据量小，操作难度大，劳动强度高等特点，且不具备自动化测量的可能性。
[0006] 4.采用激光测距方法：激光位移传感器具有方向性好、测量精度高、测距远、抗干 扰能力强等优点。
[0007] 通过查阅现有资料，目前激光位移传感器在隧道内自动化监测中，主要应用于净 空收敛监测。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的技术问题是提供一种隧道拱顶沉降监测方法，以解决现有监测方法 劳动强度高、操作难度大或设备昂贵、无法实现自动化采集等问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的以下技术方案： 一种基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其特征在于，该方法包 括如下步骤： (1) 在隧道拱腰传感器安装点位置钻取一倾斜的安装孔，安装孔倾斜角度应保证激光 位移传感器安放进入孔内后，其发射的激光可照射于拱顶区域，然后把激光传感器安放进 孔内，用填充物塞紧，填充物应易于传感器拆卸，以便传感器重复使用； (2) 制作一可调平的水平反光板，安装于拱顶区域激光传感器照射点位置，调整反光板 上云台，使反光板水平； (3) 利用全站仪测量出反光板和传感器安装点高程差，并作为初值记录； (4) 通过激光位移传感器测量出传感器安装点位置至反光板水平面直线距离值：斜边 长，并作初值记录； (5) 基于相似三角形性质定理，通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面 距离同初始距离差值反算出拱顶沉降值。
[0010] 激光位移传感器安装孔内填充物为橡皮泥。
[0011] 安装于拱顶的反光板表面涂装白漆，形状圆形，直径为150mm~250_，安装后，板 面水平。
[0012] 所述的相似三角形性质定理为相似三角形对应边成比例。
[0013] 所述的通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面距离同初始距离差 值反算出拱顶沉降值，反算公式为： 式中：
Il一拱顶沉降值； h-初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置高程差； g-初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离； ^一当前时刻拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离。
[0014] 本发明与现有技术相比，有如下效益： (1) 操作简单，劳动强度低，无高空作业，降低了作业风险； (2) 设备成本低廉，只需一台激光位移传感器即可实现对隧道拱顶沉降监测； (3) 数据量大，实时性好，激光位移传感器外接无线传输传输设备即可实现24小时不 间断测量； (4) 由于激光位移传感器内埋与隧道边墙内，仪器受隧道开挖爆破影响小，不存在被爆 破激射出的岩石及冲击波损毁的可能性。
【附图说明】
[0015] 图1是隧道某监测断面拱顶沉降监测仪器布置示意图； 图2是隧道拱顶沉降测量方法示意图。
[0016] 图1中：1_激光位移传感器；2-水平反光板；3-激光束。
【具体实施方式】
[0017] 以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
[0018] 参见图1、图2,本发明的基于激光传感器的可实现自动化测量隧道拱顶沉降方 法，采用激光位移传感器1对隧道拱顶沉降进行观测，有如下步骤： (1)在隧道拱腰传感器安装点位置钻取一倾斜的Φ 50_安装孔(安装孔倾斜角度应可 保证激光传感器安放进入孔内后，其发射的激光可照射于拱顶区域)，安装孔高度为离地面 lm，激光位移传感器安放进孔内，并用填充物塞紧(填充物应易于传感器拆卸，以便传感器 重复使用）； (2) 制作一可调平的水平反光板2,反光板采用45#钢制作，直径根据隧道围岩情况进 行选取(范围为150mm~250mm)，厚度5mm，表面采用白色烤漆处理，并安装于拱顶区域激光 传感器发射激光束3照射点位置，把带磁铁的水平尺吸附于反光板上，调整反光板上云台， 使反光板水平； (3) 利用全站仪测量出反光板表面和传感器安装点位置高程差h，并作为初值记录； (4) 通过激光传感器测量出传感器安装点位置至反光板水平面直线距离值(斜边长）L， 并作初值记录； (5) 基于相似三角形性质定理，通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面 距离同初始距离差值反算出拱顶沉降值，如下式： 式中：
公一拱顶沉降值； h-初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置高程差； g-初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离； @一当前时刻拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离。
【主权项】
1. 一种基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其特征在于，该方法 包括如下步骤： (1) 在隧道拱腰传感器安装点位置钻取一倾斜的安装孔，安装孔倾斜角度应保证激光 位移传感器安放进入孔内后，其发射的激光可照射于拱顶区域，然后把激光传感器安放进 孔内，用填充物塞紧，填充物应易于传感器拆卸，以便传感器重复使用； (2) 制作一可调平的水平反光板，安装于拱顶区域激光传感器照射点位置，调整反光板 上云台，使反光板水平； (3) 利用全站仪测量出反光板和传感器安装点高程差，并作为初值记录； (4) 通过激光位移传感器测量出传感器安装点位置至反光板水平面直线距离值：斜边 长，并作初值记录； (5) 基于相似三角形性质定理，通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面 距离同初始距离差值反算出拱顶沉降值。2. 根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其 特征在于：激光位移传感器安装孔内填充物为橡皮泥。3. 根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其 特征在于：安装于拱顶的反光板表面涂装白漆，形状圆形，直径为150mm~250_，安装后， 板面水平。4. 根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其 特征在于：所述的相似三角形性质定理为相似三角形对应边成比例。5. 根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的自动化测量隧道拱顶沉降的方法，其 特征在于：通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面距离同初始距离差值反算 出拱顶沉降值，反算公式为： 式中：繼一拱顶沉降值； h-初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置高程差； I一初次安装完成后拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离； 於一当前时刻拱顶反光板与激光位移传感器安装点位置距离。
【专利摘要】本发明属于隧道工程测量技术领域，涉及一种基于激光传感器的可实现自动化测量隧道拱顶沉降方法。该包括如下步骤：（1）在隧道拱腰传感器安装点位置钻取一倾斜的安装孔，激光位移传感器安放进孔内，并用填充物塞紧；（2）制作一可调平的水平反光板，安装于拱顶区域激光传感器照射点位置，调整反光板上云台，使反光板水平；（3）利用全站仪测量出反光板和传感器安装点高程差，并作为初值记录；（4）通过激光位移传感器测量出传感器安装点位置至反光板水平面直线距离值（斜边长），并作初值记录；（5）基于相似三角形性质定理，通过测量当前时刻传感器安装点位置至反光板水平面距离同初始距离差值反算出拱顶沉降值。
【IPC分类】G01C3/00, G01C5/00
【公开号】CN105043343
【申请号】CN201510401138
【发明人】任国强, 刘文峰
【申请人】江西飞尚科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月10日