[发明专利]一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法

说明书

本申请公开了一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法，包括：量测数码相机，用于对隧道监控区域内固定在隧道侧壁作为编码点的靶标进行拍摄；伺服系统，用于通过机械传动携带量测数码相机在不同指定位置对同一靶标进行拍摄；倾角传感器，固定在隧道侧壁且位于靶标周边，用于测量隧道倾角；Mini工控机，用于控制伺服系统的运作，收集量测数码相机拍摄的照片和倾角传感器测量的隧道倾角并进行变形量计算及分析评价，将评价结果与阈值表作比较，以对隧道安全状态进行分级预警。通过上述装置对隧道进行实时监测，可快速获取隧道断面的整体信息，且使用非接触式测量，不破坏结构体的物理性，整个过程自动化程度高，时效性强，操作简单。

技术领域

本发明涉及隧道检测技术领域，特别是涉及一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法。

背景技术

隧道的变形监测是隧道建设过程及后续运营时期一项非常重要的工作。对隧道变形的监测，主要是指通过采集隧道不同时期的相关数据，对比隧道中相同位置的设计值，以此来反映隧道某一区间内的变形情况。隧道变形的监测实际上就是利用相关仪器对隧道断面进行检测，有关隧道断面检测的方法。

盾构隧道变形监测的常用方法有大地测量方法和传感器测量方法。其中，大地测量方法是变形监测最常用的方法，主要是指利用水准仪、全站仪，通过角度和距离观测获取监测点的三维坐标，但是采用大地测量方法进行变形监测的时效性比较差，作业周期比较长，在短时间内无法完成多个监测点的观测；其次对光照条件和空间条件的要求也限制了它的发挥；此外在全站仪进行高精度测量时，一般都需要安装棱镜，这在许多情况下难以实现。传感器测量方法，尤其是接触式传感器在位移、变形测量领域的应用已经越来越广泛，常用的位移计有百分表或千分表、拉线式位移计、电阻应变片等，传感器应用于变形监测主要是将其埋设在结构体或安装在结构体表面进行，但是传感器用于变形监测具有一些缺点：首先因传感器要埋设在结构体内部或安装在其表面，必须要与结构体接触，对结构体的物理性可能造成破坏或造成一定的影响，而且安装过程也会给工程带来很多不便；其次选择性的布点进行监测，要想全方位地反应结构体的变形以及位移情况，一般要求布设大量的监测点，而通常传感器都只能在某些关键部位布设；此外传感器一般都比较昂贵，一支往往要几千元；另外存在可靠性问题，因为传感器信号在转换成位移时受诸多外部因素的影响，导致测量结果失真。

盾构隧道病害现有的检测手段主要分为人工检测和自动化检测两大类。其中，渗漏水病害主要采用人工目测和隧道检测车测试的方法，管片破损主要采用人工测量，收敛变形测量主要采用全站仪人工测量和收敛尺人工测量，道床脱空主要采用探地雷达和静力水准仪的方法，同时针对隧道沉降还会采用静力水准仪的方式。

分析针对盾构隧道的现有各种检测设备可知，全站仪人工测量和隧道检测车人工测量均需要施工天窗点，因此检测的时效性较差，在隧道突然发生较严重病害时，可能会发生数据滞后的情况，影响隧道病害的及时处置。同时，隧道检测车数据分析时间较长，时效性较差。静力水准仪只能测量隧道沉降，而无法有效测量隧道收敛变形和隧道扭转，测量效果比较单一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种盾构隧道安全状态监测预警装置及其监测预警方法，可以自动化实时监测，时效性强、效率高、操作简单、对作业环境要求低。其具体方案如下：

一种盾构隧道安全状态监测预警装置，包括：

量测数码相机，用于对隧道监控区域内固定在隧道侧壁作为编码点的靶标进行拍摄；

伺服系统，用于通过机械传动携带所述量测数码相机在不同的指定位置对同一所述靶标进行拍摄；

倾角传感器，固定在所述隧道侧壁且位于所述靶标周边，用于测量隧道倾角；

Mini工控机，用于控制所述伺服系统的运作，还用于收集所述量测数码相机拍摄的照片和所述倾角传感器测量的隧道倾角并进行变形量计算及分析评价，将评价结果与阈值表作比较，以对隧道安全状态进行分级预警。