[发明专利]一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法

说明书

一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法，装置包括测量系统(1)、转速控制系统(2)、信号处理系统(3)、报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)，测量系统(1)与信号处理系统(3)连接，信号处理系统(3)分别与报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)连接，且信号处理系统(3)与转速控制系统(2)连接，转速控制系统(2)与测量系统(1)连接；方法包括：装置的设置及调节；全断面扫描：确定监测起始点；后续实时监测扫描。对隧道拱顶一定范围内的初期支护进行智能监测报警，及时报警使能够提前报警拱顶是否发生坍塌，减少了因拱顶周边坍塌所引起事故的可能性。

技术领域

本发明涉及一种变形报警装置，更具体的说涉及一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法，属于隧道隧道监测技术领域。

背景技术

隧道上下台阶施工法，是隧道开挖中常见的一种施工方法；该方法将隧道断面分为上半断面(上台阶)和下半断面(下台阶)，施工时先进行上半断面的开挖，并同时对上半断面进行初期支护形成拱圈，之后在拱圈的保护下再开挖隧道下半部分的边墙和中间部分，同时进行边墙的支护。

对于围岩较差的隧道，这种上下台阶施工法较为适用；但是，采用该种方法会导致隧道的支护分两个部分进行，即先上半断面的初期支护，然后才是下半断面的初期支护，两者之间并不是同一时间完成，从而将导致下半断面开挖时上断面的拱顶初支由于未成为一个完整的整体以及下半断面施工作业的扰动等因素的影响而失效，进而易产生坍塌，引发事故，严重威胁施工作业人员的安全，造成损失。从大量现场反馈来看，由于此种原因所造成的事故早已屡见不鲜；然而对于此种情况却少有相应的监测报警装置。因此，亟需建立一种报警装置，从而对保护施工人员生命安全，减少财产损失有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于存在的上述问题，提供一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，包括测量系统、转速控制系统、信号处理系统、报警装置、显示装置和无限发射模块，所述的测量系统与信号处理系统连接，所述的信号处理系统分别与报警装置、显示装置和无限发射模块连接，且信号处理系统与转速控制系统连接，所述的转速控制系统与测量系统连接。

所述的测量系统包括激光测距传感器、角度传感器和旋转轴，所述的激光测距传感器与角度传感器通过旋转轴连接，激光测距传感器与角度传感器同时转动，角度传感器每计一次数，激光测距传感器测量并记录一个数；所述的转速控制系统包括垂直向步进电机和微型控制单元，所述的微型控制单元与垂直向步进电机连接，所述的垂直向步进电机与测量系统中的旋转轴连接，微型控制单元通过垂直步进电机控制旋转轴的方向和速率、进而控制激光测距传感器垂直向的旋转；所述的信号处理系统接收激光测距传感器和角度传感器传出的数据、并进行储存分析，再将结果输出至微型控制单元、以及报警装置、显示装置和无限发射模块。

所述的报警装置为声光报警模块，包括红、黄、绿三个指示灯以及一个鸣叫器。

还包括有振动消除装置和水平装置，所述的水平装置包括水准气泡和高度调节装置，所述的高度调节装置设置在振动消除装置上，所述的振动消除装置设置在大块磁性钢板的底板上，所述的大块磁性钢板的侧板贴置于上台阶开挖完后的钢拱架。

一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警方法，包括下面的步骤：

步骤一，装置的设置及调节：设置角度传感器的精度α、横向监测点数g以及监测距离D，以及根据工程实际条件设置旋转轴的旋转速率，然后将激光测距传感器和角度传感器固定在旋转轴上，旋转轴架于支架上，支架所留孔洞略大于旋转轴，调节高度调节装置使水准气泡水平，并调节激光测距传感器和角度传感器归零，此处角度传感器的精度α指的是角度传感器每转α角便计数一次、横向监测点数g指的是延隧道轴向方向单排监测点数、监测距离D 表示横向扫描两相邻监测点之间的距离；