隧道变形监测设备和系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种隧道变形监测设备和系统，其中该设备包括：全站仪、多对侧壁监测棱镜以及两个基准棱镜；两个基准棱镜部署在隧道的第一隧道口，每对侧壁监测棱镜相对设置在隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜等间隔部署；全站仪可自隧道的第一隧道口向第二隧道口移动，以在每隔两对侧壁监测棱镜的测站位置上对侧壁监测棱镜进行测量。本实用新型专利技术提供的技术方案，能够在保证高精度测量的同时，实现隧道的三维变形监测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及测量技术，尤其涉及一种隧道变形监测设备和系统。
技术介绍
随着我国轨道交通的迅猛发展，隧道工程施工越来越普遍。在隧道施工中，隧道周边围岩不可避免地会产生变形，对隧道围岩变形进行及时的监测和分析预报是隧道施工中保证施工安全、防止事故发生、合理确定隧道支护的十分重要的工作。现有的隧道变形监测系统是按照规范规定的相应测量等级下的精度要求，在隧道中设置若干个断面，在断面的拱顶和边墙上布设若干个监测点，通过对监测点的测量来分析隧道的变形量。现有技术中，由于地形和其他原因无法在隧道洞内布设控制点，在采用全站仪测量时只能采用三联脚架法，该方法需要测量仪器高和棱镜高，而因隧道洞内棱镜和全站仪架设受限、光线差等原因，采用全站仪难以实现隧道内部的高精度测量，因此，基于现有的的隧道变形监测系统，目前通常采用水准观测法对各监测点进行测量，通过在水准监测点上架设水准尺，利用水准仪观测计算出监测点的高程，最终测算出隧道边墙和拱顶的沉降量。通过上述分析可知，为了保证高精度测量，现有的这种隧道变形监测系统布设的监测网只能采用水准观测法测量，而水准观测法只能获取监测点的高程信息，因此该系统只能实现隧道内部的高精度沉降变形监测，无法实现隧道的高精度三维变形监测。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺陷，本技术提供一种隧道变形监测设备和系统，用于实现隧道的高精度三维变形监测。本技术提供一种隧道变形监测设备，包括：全站仪、多对侧壁监测棱镜以及两个基准棱镜；所述两个基准棱镜部署在所述隧道的第一隧道口，每对侧壁监测棱镜相对设置在所述隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜等间隔部署；所述全站仪可自所述隧道的第一隧道口向第二隧道口移动，以在每隔两对侧壁监测棱镜的测站位置上对侧壁监测棱镜进行测量。在本技术的一实施例中，在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜以60米的间隔部署。在本技术的一实施例中，所述第一隧道口上还部署有至少一个监测棱镜。在本技术的一实施例中，所述第二隧道口上还部署有至少一个监测棱镜。在本技术的一实施例中，所述隧道的顶壁上还设置有顶壁监测棱镜；所述顶壁监测棱镜位于每对侧壁监测棱镜所在的断面上，或者，所述顶壁监测棱镜每间隔一对侧壁监测棱镜部署在一对侧壁监测棱镜所在的断面上。在本技术的一实施例中，隧道变形监测设备还包括：水准仪，用于对所述全站仪在测量过程中的各测站位置进行标定。在本技术的一实施例中，所述两个基准棱镜分别设置在可移动脚架上。本技术还提供一种隧道变形监测系统，包括：计算机设备以及上述隧道变形监测设备，所述隧道变形监测设备与所述计算机设备通过通信电缆连接。本技术提供的隧道变形监测设备和系统，每对侧壁监测棱镜相对设置在隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜等间隔部署；同时，隧道口设置有基准棱镜，每隔两对监测棱镜设置一个测站点，因此，全站仪可采用边角测量法自隧道的第一隧道口向第二隧道口移动进行测量，从而能够在保证高精度测量的同时获取到各监测棱镜的三维坐标信息，实现隧道的高精度三维变形监测。附图说明图1为本技术提供的隧道变形监测设备实施例一的结构示意图；图2为本技术提供的隧道变形监测设备实施例二的结构示意图。附图标记说明：1-全站仪；2-侧壁监测棱镜；3-基准棱镜；4-第一隧道口；5-第二隧道口；6-顶壁监测棱镜。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。图1为本技术提供的隧道变形监测设备实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例中的隧道变形监测设备包括：全站仪1、多对侧壁监测棱镜2以及两个基准棱镜3；两个基准棱镜3部署在隧道的第一隧道口4，每对侧壁监测棱镜2相对设置在隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜2等间隔部署；全站仪1可自隧道的第一隧道口4向第二隧道口5移动，以在每隔两对侧壁监测棱镜2的测站位置上对侧壁监测棱镜2进行测量。具体的，全站仪1能够完成自动测距、测角，还能够完成一个测站所需完成的工作，包括获取高程、坐标等。侧壁监测棱镜2和基准棱镜3可以选用现有的各种反射棱镜，侧壁监测棱镜2布设在需要监测的监测点上，全站仪1可以根据侧壁监测棱镜2的反射信号获取监测点的监测数据；基准棱镜3布设在隧道洞口的基准点上，基准点是已知坐标的GPS点，全站仪1可以借助这些基准点来测量未知坐标的监测点，在实际测量时，可以在隧道两端的洞口附近布设多个基准点，基准棱镜3可以根据需要移动布设在这些基准点上。本实施例中用于布设侧壁监测棱镜2的监测点和用于架设全站仪1进行测量的测站点所形成的监测网的布设方案可以参考高速铁路线形工程的高精度CPⅢ平面网布设方案，具体是在隧道中每隔一定距离布设一对监测点(每对监测点所在的铅垂面可以称为断面)，这两个监测点相对设置在隧道的侧壁上，且水平设置，即同面等高；位于隧道同一侧壁的监测点位于同一铅垂面内；此外，测站点每隔两对监测点(即两个断面)设置一个，优选的，每个测站点具体可以位于两个断面的中间位置。需要说明的是，为了更全面形象的表示本实施例的监测网布设方案，图1中用虚弧线表示每对侧壁监测棱镜2所在的断面，实弧线表示隧道的两个洞口，即第一隧道口4和第二隧道口5；实方框表示架设在某个测站点(图1中以靠近第一隧道口4第一个测站点进行示例性说明)上的全站仪，虚方框表示各个测站点；实三角表示架设在基准点上的基准棱镜3，虚三角表示其他基准点。图1只是一种示例性说明，并非用于限定本技术。以图1所示的隧道变形监测设备的监测网布设方案为例，在进行测量时，全站仪1可以从布设有两个基准棱镜3的第一隧道口4向第二隧道口5移动，采用边角测量法对侧壁监测棱镜2进行测量。其中，边角测量法无需布设三联脚架，该方法可以从任意测站点上观测若干已知点的方向和距离，通过坐标变换算出该测站点的坐标，然后通过测站点坐标测算出未知监测点的坐标。为了便于说明，将沿第一隧道口4向第二隧道口5方向的测站点依次标记为第一测站点、第二测站点……第M测站点，同样的，将监测点上的侧壁监测棱镜2依次标记为第一对监测点、第二对监测点……第N对监测点；此外，对于某个测站点，向后观测表示向第一隧道口4的方向观测，向前观测表示向第二隧道口5的方向观测。具体的，在进行测量时，首先将全站仪1架设在第一测站点上(即第一站)，向后观测隧道洞口布设的基准点、向前观测隧道内布设的若干对监测点(例如第一对至第三对监测点)，根据基准点坐标算出第一测站点的坐标，再根据第一测站点的坐标测算出三对监测点的坐标；然后将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道变形监测设备，其特征在于，包括：全站仪、多对侧壁监测棱镜以及两个基准棱镜；所述两个基准棱镜部署在所述隧道的第一隧道口，每对侧壁监测棱镜相对设置在所述隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜等间隔部署；所述全站仪可自所述隧道的第一隧道口向第二隧道口移动，以在每隔两对侧壁监测棱镜的测站位置上对侧壁监测棱镜进行测量。

【技术特征摘要】
1.一种隧道变形监测设备，其特征在于，包括：全站仪、多对侧壁监测棱镜以及两个基准棱镜；
所述两个基准棱镜部署在所述隧道的第一隧道口，每对侧壁监测棱镜相对设置在所述隧道的侧壁上，且设置在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜等间隔部署；
所述全站仪可自所述隧道的第一隧道口向第二隧道口移动，以在每隔两对侧壁监测棱镜的测站位置上对侧壁监测棱镜进行测量。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在隧道同一侧壁上的侧壁监测棱镜以60米的间隔部署。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一隧道口上还部署有至少一个监测棱镜。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第二隧道口上还部署有至少一个监测棱...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢春，周卫军，张瑶，马孝亮，李月霄，杨春，方艳，王玉柱，张凡，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11