一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法技术

本发明专利技术公开了一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，属于隧道开挖监测方法领域，该监测掌子面沿隧道轴向变形的方法通过在隧道开挖的掌子面上安装反射片，并测量各个反射片到激光测距仪组件的初始距离，然后定期测量各个反射片到激光测距仪组件的实时距离，实时距离与初始距离的差值即为掌子面沿隧道轴向的变形，根据掌子面沿隧道轴向变形可以判断掌子面沿隧道轴向的变形大小和变化趋势。

【技术实现步骤摘要】
一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法
本专利技术涉及隧道开挖监测方法领域，尤其涉及一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法。
技术介绍
目前，世界上中国隧道数量最多，建筑规模最大，增长速度最快。然而，与发达国家相比，我国在隧道施工质量控制与安全管理方面，还存在较大的差距。对隧道变形的感知速率和控制效果，将直接影响隧道的施工质量，处理不当会出现塌方、冒项等工程事故，造成严重的损失。由于隧道的开挖使得支撑隧道洞身的围岩被挖掉，掌子面后方出现临空，围岩应力重新分布，导致围岩向隧道净空方向变形，这种变形包括掌子面沿隧道的轴向变形。目前国内外学者对隧道变形的研究主要集中在隧道围岩收敛变形及拱顶沉降，相应的变形监测技术也已经较成熟；而对于掌子面沿隧道轴向的变形监测技术却很少，大断面软岩隧道掌子面失稳事故常有发生，得不到有效控制。监测掌子面沿隧道轴向变形对采用全断面开挖方式的软岩隧道掌子面稳定性具有重要意义，是指导掌子面超前预支护和掌子面补强施工的依据。目前，对掌子面沿隧道轴向变形的监测方法主要有全站仪坐标测量法和三维激光扫描技术，将这两种方法运用于隧道掌子面变形监测时还存在一定的缺陷：(1)全站仪坐标测量法：隧道内可视性差，空间受到限制，环境复杂，影响全站仪坐标测量法的精度，其测量过程繁琐，测量成本高，对监测人员的专业技能要求高，且高精度的全站仪价格高昂。(2)三维激光扫描技术：虽然三维激光扫描技术具有许多传统测量方式不能比拟的优势，但是其仪器和测量成本昂贵，数据处理复杂，花费时间较多等缺点同样明显。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，以克服现有技术中的掌子面沿隧道轴向变形的监测方法存在操作繁琐、监测成本较高、对监测人员专业技能要求高的问题，从而能够更简单便捷的监测掌子面沿隧道轴向变形大小和变化趋势，操作简单、成本较低、监测结果直观明了，并且监测数据能准确反映掌子面沿隧道轴向的变形情况。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其中，包括：(1)在隧道围岩上布设至少一个便携式激光测距仪组件；(2)在掌子面上设置多个监测点，并在每个监测点处安装激光反射片；(3)调整所述反射片，使得当所述便携式激光测距仪组件的激光束的射点在所述反射片上时，所述反射片与所述便携式激光测距仪组件的激光束垂直；(4)调节所述激光测距仪组件对准所述反射片，测得各个监测点的初始距离XAi，其中XAi为第i个监测点到便携式激光测距仪组件之间的初始距离值；(5)按照监测频率H，调节所述激光测距仪组件对准所述反射片，测得各个监测点的实时距离XjAi，其中XjAi为第j次测量第i个监测点到便携式激光测距仪组件之间的实时距离值；(6)用实时距离值XjAi减去初始距离值XAi，得到各个监测点沿隧道轴向的位移值，从而监测到掌子面沿隧道轴向的变形大小和变化趋势；其中，H大于等于1s。上述的监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其中，所述便携式激光测距仪组件包括：用于发射激光束的可拆卸便携式激光测距仪和用于安置所述激光测距仪并可调节的对准调节装置。上述的监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其中，所述可拆卸便携式激光测距仪的精度大于±1mm。上述的监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其中，所述便携式激光测距仪组件通过具有转换接头的固定螺栓固定在所述隧道围岩上。上述的监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其中，所述H为1天。上述技术方案具有如下优点或者有益效果：本专利技术提供的一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，通过在隧道开挖的掌子面上安装反射片，并测量各个反射片到激光测距仪组件的初始距离，然后定期测量各个反射片到激光测距仪组件的实时距离，实时距离与初始距离的差值即为掌子面沿隧道轴向的变形，根据掌子面沿隧道轴向变形可以判断掌子面沿隧道轴向的变形大小和变化趋势，并且具有如下优点：1)操作简单，成本较低。此方法用到的监测仪器只有激光测距仪与激光反射片，仪器的安装与拆除都比较方便，对操作人员的技术要求低；2)监测结果直观明了，不需要进行复杂的处理。每次测量时操作人员只需将此次读取的测量值与初始测量值比对，即可得出掌子面隧道轴向变形大小和变化趋势；3)不会影响隧道施工的正常进行。激光测距仪体积小，不会影响隧道正常施工；4)监测数据能准确的反映掌子面沿隧道轴向变形情况。监测过程不易受人为干扰，监测数据处理简单。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1是本专利技术实施例1提供的监测掌子面沿隧道轴向变形的原理示意图；图2是本专利技术实施例1提供的激光测距仪组件的布设示意图；图3是本专利技术实施例1提供的反射片的布设示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。实施例1：图1是本专利技术实施例1提供的监测掌子面沿隧道轴向变形的原理示意图；图3是本专利技术实施例1提供的反射片的布设示意图；如图所示，将便携式激光测距仪组件101固定在掌子面102后方的隧道围岩103上，在隧道每次开挖循环完成后，及时将激光反射片104安装在掌子面102上，调整激光测距仪组件101的角度，使其依次对准前方掌子面102上的激光反射片104，记录激光测距仪组件101显示的测量值，此测量值作为激光反射片104到激光测距仪组件101的初始距离值，然后定期(一般每天)记录激光测距仪组件101的测量值，此测量值为实时距离值，实时距离值与初始距离值之差值即得掌子面沿隧道轴向变形，根据掌子面沿隧道轴向变形可以判断掌子面沿隧道轴向变形大小和变化趋势。具体的监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，包括：(1)在隧道围岩103上布设两个便携式激光测距仪组件101；(2)在掌子面102上设置八个监测点(反射片104所在的位置)，并在每个监测点处安装激光反射片104；(3)分别调整每个反射片104，使得当便携式激光测距仪组件101的激光束的射点在该反射片104上时，该反射片104与便携式激光测距仪组件101的激光束垂直；(4)调节激光测距仪组件101对准反射片104，测得八个监测点的初始距离值：XA1、XA2、XA3、XA4、XA5、XA6、XA7、XA8；(5)按照监测频率为一天来监测，调节激光测距仪组件101对准反射片104，测得各个监测点的实时距离值：XjA1、XjA2、XjA3、XjA4、XjA5、XjA6、XjA7、XjA8，其中XjA1为第j次测量第1个监测点到便携式激光测距仪组件之间的实时距离值，XjA2为第j次测量第2个监测点到便携式激光测距仪组件之间的实时距离值，以此类推；(6)用实时距离值XjA1减去初始距离值XA1，得到第1个监测点沿隧道轴向的位移值，用实时距离值XjA2减去初始距离值XA2，得到第2个监测点沿隧道轴向的位移值，以此类推，得到八个监测点沿隧道轴向的位移值，从而监测到掌子面沿隧道轴向的变形大小和变化趋势。图2是本专利技术实施例1提供的激光测距仪组件的布设示意图；如图所示，激光测距仪组件包括：用于发射激光束的可拆卸便携式激光测距仪1013和用于安置激光测距仪1013并可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其特征在于，包括：(1)在隧道围岩上布设至少一个便携式激光测距仪组件；(2)在掌子面上设置多个监测点，并在每个监测点处安装激光反射片；(3)调整所述反射片，使得当所述便携式激光测距仪组件的激光束的射点在所述反射片上时，所述反射片与所述便携式激光测距仪组件的激光束垂直；(4)调节所述激光测距仪组件对准所述反射片，测得各个监测点的初始距离X

【技术特征摘要】
1.一种监测掌子面沿隧道轴向变形的方法，其特征在于，包括：(1)在隧道围岩上布设至少一个便携式激光测距仪组件；(2)在掌子面上设置多个监测点，并在每个监测点处安装激光反射片；(3)调整所述反射片，使得当所述便携式激光测距仪组件的激光束的射点在所述反射片上时，所述反射片与所述便携式激光测距仪组件的激光束垂直；(4)调节所述激光测距仪组件对准所述反射片，测得各个监测点的初始距离XAi，其中XAi为第i个监测点到便携式激光测距仪组件之间的初始距离值；(5)按照监测频率H，调节所述激光测距仪组件对准所述反射片，测得各个监测点的实时距离XjAi，其中XjAi为第j次测量第i个监测点到便携式激光测距仪组件之间的实时距离值；(6)用实时距离值Xj...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏才初，包方明，杜时贵，安康，张计锋，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33