[发明专利]一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统及其方法

权利要求书

1.一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，应用于一种小净距隧道中夹岩稳定性监测系统，其特征在于，所述监测系统包括依次连接的球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4)，所述球形摄像机(3)和激光测距仪(4)还分别与计算机(7)连接，所述球形摄像机(3)用于拍摄隧道全局图像，隧道全局图像中包含中夹岩表面和隧道断面图像；

所述微波雷达(2)用于对隧道全局图像进行标定，以布设并跟踪监测点位置；

所述激光测距仪(4)根据监测点位置数据变化发生角度转动，以跟踪测量监测点的定位距离；

所述计算机(7)根据激光测距仪(4)的转动角度和监测点的定位距离，计算出监测点的位移数据，以判断得到中夹岩稳定性结果，所述计算机(7)的显示屏用于实时显示隧道全局图像；

所述监测方法包括以下步骤：

S1、球形摄像机(3)拍摄隧道初始全局图像；

S2、微波雷达(2)对隧道初始全局图像进行标定，以布设八个虚拟的监测点，所述八个监测点分别位于中夹岩体中心位置、中夹岩体上区域位置、隧道双洞拱顶位置和隧道双洞的左右拱腰位置；

S3、激光测距仪(4)分别测量得到八个监测点的初始定位距离；

S4、根据球形摄像机(3)实时拍摄的隧道全局图像，微波雷达(2)跟踪八个监测点的位置数据，并将八个监测点的位置数据实时地对应发送给激光测距仪(4)；

S5、根据八个监测点位置数据的变化，激光测距仪(4)对应跟随监测点发生角度转动，以分别测量得到八个监测点的实时定位距离；

S6、根据激光测距仪(4)的转动角度以及八个监测点的初始定位距离和实时定位距离，由计算机(7)进行数据处理计算，得到八个监测点的位移数据，其中，位移数据包括竖向位移和水平位移，竖向位移通过中夹岩体上区域位置以及隧道双洞拱顶位置的三个监测点进行监测，水平位移通过中夹岩体中心位置以及隧道双洞的左右拱腰位置的五个监测点进行监测；

S7、计算机(7)根据八个监测点的位移数据，并基于中夹岩稳定性判据，判断得到中夹岩稳定性结果。

2.根据权利要求1所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述激光测距仪(4)的数量与监测点数量相同，以分别对应计算监测点的位移变化。

3.根据权利要求1所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4)均安装在钢架(1)上，所述钢架(1)布置在隧道轮廓线上，所述球形摄像机(3)、微波雷达(2)和激光测距仪(4)均固定在与中夹岩中轴线齐平的位置。

4.根据权利要求3所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述钢架(1)底部设有滑轮导轨(5)，所述钢架(1)能沿导轨发生移动。

5.根据权利要求3所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述钢架(1)上还安装有报警指示灯(16)，所述报警指示灯(16)与计算机(7)连接，以对应中夹岩稳定性结果发出不同颜色的灯光。

6.根据权利要求1所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述步骤S6中监测点的位移数据计算公式具体为：

其中，L₃为监测点的位移数据，L₁为监测点的初始定位距离，L₂为监测点的实时定位距离，α为激光测距仪(4)的转动角度。

7.根据权利要求6所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述步骤S7中中夹岩稳定性判据具体为：以隧道断面双洞拱顶及左右拱腰位置的监测点位移数据作为自变量，以中夹岩上区域的极限竖向位移数据和中夹岩中心位置的极限水平位移数据作为应变量，判断中夹岩上区域和中心位置的监测点位移数据是否均不超过应变量，若判断为是，则表明中夹岩处于稳定状态；若判断为否，则表明中夹岩处于不稳定状态。

8.根据权利要求7所述的一种小净距隧道中夹岩稳定性监测方法，其特征在于，所述中夹岩上区域的极限竖向位移数据具体为：

Y＝F(Y1,Y2)

其中，Y为中夹岩上区域极限竖向位移值，函数F(x)为通过数值模拟逼近于中夹岩竖直方向上稳定极限状态，提取数据得到的多元线性拟合公式，Y1为隧道双洞中第一隧道拱顶监测点的位移数据，Y2为隧道双洞中第二隧道拱顶监测点的位移数据；

所述中夹岩中心位置的极限水平位移数据具体为：

X＝T(X1,X2)

X1＝X12-X11

X2＝X22-X21

其中，X为中夹岩中心位置极限水平位移值，函数T(x)为通过数值模拟的手段逼近于中夹岩水平方向上稳定极限状态，提取数据得到的多元线性拟合公式，X1为隧道双洞中第一隧道的水平净空收敛值，X2为隧道双洞中第二隧道的水平净空收敛值，X12为隧道双洞中第一隧道右拱腰监测点的位移数据，X11为隧道双洞中第一隧道左拱腰监测点的位移数据，X22为隧道双洞中第二隧道右拱腰监测点的位移数据，X21为隧道双洞中第二隧道左拱腰监测点的位移数据。