[发明专利]一种隧道形变实时监测方法及装置

说明书

本发明公开一种隧道形变实时监测方法及装置，监测方法包括：S1、在需要监测的隧道结构不稳定区域架设多个结构光光源，并且，在隧道结构相对稳定区域架设监测终端，监测终端可与多个结构光光源通信；S2、监测终端观测隧道结构不稳定区域内的所有结构光，并实时获取结构光曲线；S3、数据处理单元分析结构光成像变化，实时检测隧道形变程度及偏移距离，监测隧道单截面沉降、收敛、以及多截面整体沉降等病害。本发明能适用于在建隧道和运营隧道，其监测点密集，能实时监测隧道的形变。

技术领域

本发明涉及隧道结构形变监测领域，具体涉及一种隧道形变实时监测方法及装置。

背景技术

在建隧道的掘进方式主要有爆破和盾构两种方式。盾构方式主要用于地铁隧道建设，刀盘掘进、运渣、贴管片、铺设轨道同时进行，结构相对稳定，成本较高。爆破方式主要用于高铁隧道建设，先在掌子面进行爆破，爆破后立工字钢梁并浇筑水泥成为初支区域。初支区域的变形速率较大，极易发生隧道沉降、收敛等灾害，需要实时监测形变。初支区域之后会浇筑水泥形成永久隧道结构，称之为仰拱闭合区域和二衬区域，此区域之后结构属于相对稳定区域，完成二次衬砌后隧道结构基本稳定。

目前在建隧道结构形变监测通常使用全站仪进行测量。在建隧道掘进时，需要在隧道顶部通过人工安装方式，以固定间隔安装多个反光棱镜(通常为3～7个)，反光棱镜安装不方便，且有一定的施工安全隐患。在检测时，需停止施工并使用全站仪进行人工监测，每次检测间隔一般为2到4小时，这种检测方式费时费力，且耽误施工进度。

另外，上述现行的全站仪监测方法，在每一段隧道只能监测3到7个点，非常稀疏，并且监测形变时间间隔比较长，如果在监测窗口期发生灾害事故，则无法有效预警。

对于运营隧道，通常采用运动检测车的方式，在检测车上部署结构光源和图像传感器，但这种检测方式无法在采用爆破方式的在建隧道中使用，而且检测周期长，非实时检测。

因此，急需研发一种隧道结构形变监测方法，能够同时可以在运营隧道和在建隧道中方便部署，不需要在隧道顶部安装设备，并能够实时不中断地监测隧道结构形变，加大监测密度和频次。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提出一种隧道形变实时监测方法及装置，其既能在在建隧道施工期间，又能在运营隧道期间实时地监测隧道形变。

为实现上述目的，本发明的隧道形变实时监测方法，包括如下步骤：

S1、在需要监测的隧道结构不稳定区域架设多个结构光光源，并且，在隧道结构相对稳定的二衬区域架设监测终端，监测终端与多个结构光光源通信；

S2、监测终端观测隧道结构不稳定区域内的所有结构光，并实时获取结构光曲线；

S3、数据处理单元分析结构光成像变化，实时检测隧道形变程度及偏移距离，监测隧道单截面沉降、收敛、以及多截面整体沉降病害。

在其中一种实施方式中，步骤S3包括如下步骤：

S31、数据处理单元利用图像识别模块定位结构光区域及其边缘；

S32、数据处理单元提取结构光曲线的中心线；

S33、数据处理单元自动或手动更新由中心线形成的基准线；

S34、数据处理单元检测隧道结构状态，判断是否发生隧道单截面沉降、收敛、或者多截面整体沉降灾害。

在其中一种实施方式中，在步骤S34中，数据处理单元检测隧道结构状态的方法包括：

S341、划分隧道壁区间，分为左右侧壁和拱顶部分，左右侧壁检测横向和纵向位移，拱顶检测纵向位移；