[发明专利]隧道拱顶下沉的实时标高测量方法及测量装置

说明书

本发明公开了一种“隧道拱顶下沉的实时标高测量方法及测量装置”，其技术领域属于隧道监控量测技术领域，特别涉及一种用于隧道拱顶下沉标高测量的方法及仪器设备。系统主要由沉降测量单元，基准高度单元，储液器，采控站，以及配件（通液管、连接线缆、反光板等）和测控软件组成。其测量方法主要包括：通过函数换算间接测量获得拱顶的下沉值，通过高度基准导入结合静力水准测量系统获取每个断面拱顶测点的绝对标高值，通过误差的差分自动消除技术完成储液器内液位因渗漏或其它因素出现改变时、当隧道内壁发生沉降或者形变时、当某断面测点发生损毁需要重建测点时的误差自动消除。本发明实现了高精度、非接触、一站式自动化实时在线测量。

技术领域

本发明属于隧道监控量测技术领域，特别涉及一种用于隧道拱顶下沉标高测量的方法及仪器设备。

背景技术

在隧道施工中，需要对围岩、地表、支护结构的变形和稳定状态，以及周边环境动态进行经常性的观察和量测。以确保施工安全及结构的长期稳定性，有效指导施工、避免地质灾害和施工事故的发生，积累量测数据、为信息化设计与施工提供依据。铁路隧道监控量测技术规程(Q/CR 9218-2015) 4.1.4条规定：监控量测工作应随施工工序及时进行，测点应及时埋设，支护后2小时内读取初始数据，并应依据现场情况及时调整监控项目和内容。同时，该技术规程还明确规定了隧道的拱顶下沉式监控量测的必测项目之一，在实际施工测量中，技术人员通过监测隧道拱顶测点的标高变化来获取测点的相对下沉值。

目前的拱顶标高测量方式，接触式测量方法大多采用精密水准仪和铟钢挂尺，非接触式测量，通常采用全站仪进行，测量的数据每天上报工管中心。总体来看，现有测量仪器设备和测量方法难以解决以下几个问题：

一是现场测量需要繁琐复杂的操作或者安装过程，费时费力，测量时效性较差，还没有做到实时在线测量，这造成了监测数据特别是开挖初期的数据缺失较严重；

二是测量模型设定比较简单，没有详细分析隧道自身复杂的位移状态和实际施工工况等因素的限定条件；

三是测量的整体工作量大，对于每个测点，通常需要持续监控一个星期或更长时间，对于一些强变点，持续监测要求时间甚至超过数月；

四是因人工操作和安装过程的偶然性和随机性较多，易出现人为误差，难以满足规程中的测量精度要求；

五是测量与施工相互干扰，影响双方工作进度，特别是在喷锚、出渣或大型车辆出入等情况下测量，甚至会直接给监控测量人员的工作带来不安全因素。

因此，隧道施工监控量测的测量方法与测量仪器设备的研究仍然是非常亟需的，目前出现的一些新型监控量测手段和仪器设备如：中国专利申请号CN201621260511.8公开了一种隧道拱顶下沉测量的实用新型专利，该发明采用红外测距装置和数据收集器对拱顶相对下沉进行测量，该系统需要把测距装置埋设在隧道横断面直边的中点，这严重的影响了正常施工的进行，另外该系统无法对拱顶测点的绝对标高进行测量；中国专利申请号CN201510626712.9公开了一种提高对边测量隧道拱顶下沉精度的发明专利，该发明采用全站仪对边量测法，基于现场隧道拱顶下沉量测实际情况，通过选择合理的后视点及全站仪布设位置，提高测量精度，该方案依然是基于全站仪测量方式，依然无法解决前述操作繁琐复杂、测量时效性较差以及与施工相互干扰等问题；中国专利申请号CN201310259298.3公开了一种隧道收敛位移和拱顶沉降的测量装置及测量方法，该发明基于2个激光测距仪和复杂的几何变换公式，对拱顶下沉和净空收敛进行测量，该方案的测量模型限定为测量设备所在的定线装置（测量基准点）在测量过程中是静止的，其标高测量每次都需要使用精密水准仪配合进行，该方案仍没有解决定线装置移动情况下的测量问题和实时标高测量问题。综上所述，目前还没有行之有效的系统性解决方案、仪器设备以及对应的发明专利出现。

发明内容