[实用新型]激光智能应答式隧道收敛监测系统

说明书

技术领域

 本实用新型属于隧道工程测量技术领域，具体涉及一种激光智能应答式隧道收敛监测系统。

背景技术

隧道收敛量测是喷锚构筑法施工中的必测项目。隧道开挖后，围岩应力将重新分布。在开挖过程中，周边围岩及支护将产生变形，此变形是围岩和支护力学行为变化最直接的反映。当围岩应力趋于平衡时，周边变形趋于稳定，该变化过程称为“收敛”。坑道内表面的收敛可通过专门的测量仪器测得。通过周边位移观测，可量测出拱顶下沉和水平收敛量的大小及发展，从而可判别隧道围岩是否稳定，同时也能判别支护工作状态及施工方法是否合理。

隧道断面测量是隧道施工的重要工序之一。目前在隧道断面测量中主要有以下几种方式：

1、巴赛特收敛系统：该系统由多个杆件单元（一个长的和一个短的组合成为一对杆件单元）首尾互相铰接安装在待测断面四周，构成一个测量环，杆件单元内置一种特制的高精度电解质倾角传感器，每对长短臂的一个铰接点通过固定件与隧道壁相固定，另一个铰接点是浮动的。当隧道壁发生变形时，必定使变形区内的几个固定点产生（空间）位移，也带动相关的长短臂活动，即长短臂发生角度变化，这时分别安装在长、短臂上的倾角传感器就可以测出这种微小的角度变化，如果隧道壁多处发生变形，每处变形对长短臂的作用是叠加偶的，即倾角传感器感知的变化是总变化，根据倾角变化和各相应长短臂的长度就可以算出各固定点的位移，再参照各固定点原始位置的坐标，就可以得到个固定点在变化后的实际位置，只要有足够多的固定点，每个时刻各固定点的连线就可以近似代表隧道壁的轮廓线，巴塞特收敛系统是一种高精度、自动化监测隧道变形的系统。整个系统从数据自动采集到计算结果的显示完全实现计算机化。但是该系统的成本较高，监测点安装也非常复杂。

2、采用收敛计量测隧道内空收敛：其特点是可以完成对隧道壁面两点间水平距离的变形量的量测，拱顶下沉以及底板隆起位移量的量测等，该测量法精度可靠，但是此种方法存在测量数据小，操作难度大、劳动强度高等缺点，对于大断面隧道需要在平台车上工作，操作相对不便。

3、采用电子全站仪测量：该方法在洞室的横截面上埋设反光靶标作为测点，每两个测点之间成测线，在能观测到测点处架设电子全站仪，测出测点的三维坐标，根据距离公式算出每两个测点间的三维距离，不同期次测得的三维距离值与第一次测得的三维距离值之差为该两测点之间测线的收敛值。这种方法测量时无需每次接近测点，电子全站仪可以自由设置在能够观测到测点的地方，无需强制对中，测量数据可以自动记录，能方便地采用计算机进行后处理，实现快速监测、快速反馈以指导施工，但是也存在着仪器设备昂贵，需要定期测量，且不能获得实时的变化数据。

4、采用激光测距方法：激光具有方向性好、测距精度高、测程远、抗干扰能力强等优点，采用激光测距的方式进行隧道测量，近年来在隧道断面测量中得到越来越广泛的应用。

通过查询现有资料，目前在隧道断面激光测量所采用的主要还是针对隧道单一断面收敛值的测量，无法全面反映隧道中某一段区域内收敛的情况。加之已有的激光测量设备通常采用激光直接照射方法或在被测点处安装反射棱镜、反光片等方法，激光直接照射方法由于被测面材质各异，反射效果不好，对测量精度影响较大；安装反射棱镜、反光片等方法只能被动接收激光束，当安装的反射棱镜、反光片随着隧道收敛变形后原位置发生变化后，一般普通的激光测距仪无法自动寻找反射棱镜、反光片变形后的位置，从而造成测量不准，精度下降。

总之，以上四种对隧道收敛的测量方法，都还存在各自自身的缺陷，难以真正实现对隧道收敛数据测量的准确性、真实性、实时性和便利性的要求。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计一种适用于隧道、基坑等工程施工中自动量测出拱顶下沉和水平收敛量的大小及变化值，从而可判别隧道围岩是否稳定，同时也能判别支护工作状态及施工方法是否合理，为隧道施工安全监测提供一种完整的隧道多点收敛监测智能激光测量系统。

本实用新型激光智能应答式隧道收敛监测系统,包括：激光智能应答式隧道收敛监测仪和智能反射感应器。