一种隧道安全监测系统技术方案

本申请公开了一种隧道安全监测系统，通过在监测断面上设置若干组测距仪，分别测量不同测线的距离，依靠通信模块发送给监控平台，监控平台利用接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化和拱顶下沉。本申请不需要人工现场测量，测量结果不受人工操作影响，且测量速度快、能够实现实时测量，计算得到的监测断面的隧道净空变化和拱顶下沉也更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道安全监测系统
本申请涉及隧道安全监测
，更具体地说，涉及一种隧道安全监测系统。
技术介绍
隧道是在地下的隐蔽工程，地下地质条件复杂，存在许多潜在、无法预知的地质因素，属于线状工程，有的规模较大，可长达几公里数十公里，往往穿越许多不同的环境空域和时域，工程条件往往比较复杂，有时环境十分恶劣，稍有不甚，就会造成塌方、沉陷、突泥涌水、支护结构变形、人员和设备伤害等，等进而严重影响隧道安全。为了确保隧道工程安全、及时预报险情，建立监测系统对隧道工程监测、评估和预测以趋利避害，已成为现代隧道工程发展的迫切需求。传统的隧道安全监测方法是在隧道每个监测点位置布置预埋件并在其上粘附靶标，使用全站仪测量靶标空间位置坐标，通过计算得出靶标的位置变化数值，进而得出隧道拱顶下沉和隧道净空变化。传统的隧道监测方法需要工作人员在现场操作全站仪，其测量精度受人员操作的影响，且测量时间长、无法实现数据的实时测量。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种隧道安全监测系统，用于解决现有工作人员使用全站仪对隧道进行监测，其测量精度受人员操作影响、测量周期长且无法实现实时测量的问题。为了实现上述目的，现提出的方案如下：一种隧道安全监测系统，在隧道内沿隧道开挖方向上设置有若干个监测断面，该隧道安全监测系统包括：设置于每一监测断面的第一测点上的若干组测距仪，以及与各测距仪连接的通信模块，与所述通信模块连接的监控平台；每一监测断面的第一测点上设置的若干组测距仪中，设置第一组测距仪的测距方向为水平方向；设置第二组测距仪的测距方向对准所述监测断面的拱顶测点；针对所述监测断面的第一测点上设置的第三组测距仪，若所述监测断面并非隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准所述监测断面的前一相邻监测断面的拱顶测点；若所述监测断面为隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准位于所述监测断面前的后视固定测点；其中，所述前一相邻监测断面至所述监测断面的方向为所述隧道开挖方向；每一监测断面的第一测点上设置的测距仪将测量值通过所述通信模块发送至所述监控平台，由所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉。优选地，所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化，包括：监控平台根据每一监测断面的第一测点处设置的第一组测距仪在前后两个不同时刻的测量值，计算前后两个测量值的差值，结果作为该前后两个时刻内所述监测断面的第一测点处的隧道净空变化。优选地，监控平台根据接收的各测量值计算首个监测断面的拱顶下沉，包括：监控平台根据隧道施工过程中所需监测的首个监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪在前后两个不同时刻的测量值l1和l1′，计算前后两个时刻内所述首个监测断面的第一测点处的下沉Δ1为：Δ1＝(l1-l1′)*cosθ1；其中，θ1为首个监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪的测距方向与竖直方向夹角；监控平台确定前后两个时刻内所述首个监测断面的拱顶下沉Δ2为：Δ2＝{l2-[l2′-Δ1/sin(θ2-90°)]}*sin(θ2-90°)其中，l2和l2′为首个监测断面的第一测点处设置的第二组测距仪在前后两个不同时刻的测量值，θ2为首个监测断面的第一测点处设置的第二组测距仪的测距方向与竖直方向夹角。优选地，监控平台根据接收的各测量值计算非首个监测断面的拱顶下沉，包括：监控平台根据隧道施工过程中所需监测的非首个监测断面的每一目标监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪在前后两个不同时刻的测量值l3和l3′，以及前后两个时刻内所述目标监测断面的前一相邻监测断面的拱顶下沉Δx，确定前后两个时刻内所述目标监测断面的第一测点处的下沉Δ3：Δ3＝{l3′-[l3-Δx/sin(θ3-90°)]}*sin(θ3-90°)其中，θ3为目标监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪的测距方向与竖直方向夹角；监控平台确定前后两个时刻内所述目标监测断面的拱顶下沉Δ4为：Δ4＝{l4-[l4′-Δ3/sin(θ2-90°)]}*sin(θ2-90°)其中，l4和l4′为目标监测断面的第一测点处设置的第二组测距仪在前后两个不同时刻的测量值。优选地，还包括：设置于每一监测断面的第二测点上的第四组测距仪，设置该第四组测距仪的测距方向为水平方向，其中，第二测点不同于第一测点；与所述第四组测距仪相连的通信模块，用于将所述第四组测距仪的测量值发送至所述监控平台，由所述监控平台计算各监测断面的第二测点处的隧道净空变化。优选地，还包括：设置于每一监测断面的拱顶测点以及所述第一组测距仪在所述监测断面上的投射点处的靶标；以及，设置于所述后视固定测点的靶标。优选地，所述测距仪为激光测距仪。优选地，所述通信模块为无线通信模块。从上述的技术方案可以看出，本申请实施例提供的隧道安全监测系统，在隧道内沿隧道开挖方向上设置有若干监测断面，系统包括设置于每一监测断面的第一测点上的若干组测距仪，以及与各测距仪连接的通信模块，与所述通信模块连接的监控平台；每一监测断面的第一测点上设置的若干组测距仪中，设置第一组测距仪的测距方向为水平方向；设置第二组测距仪的测距方向对准所述监测断面的拱顶测点；针对所述监测断面的第一测点上设置的第三组测距仪，若所述监测断面并非隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准所述监测断面的前一相邻监测断面的拱顶测点；若所述监测断面为隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准位于所述监测断面前的后视固定测点；其中，所述前一相邻监测断面至所述监测断面的方向为所述隧道开挖方向；每一监测断面的第一测点上设置的测距仪将测量值通过所述通信模块发送至所述监控平台，由所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉。本申请通过在监测断面上设置三组测距仪，不同组测距仪测量不同的数据，通过通信模块发送给监控平台后，由监控平台利用接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉。本申请不需要人工现场测量，测量结果不受人工操作影响，且测量速度快、能够实现实时测量，计算得到的监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉也更加准确。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例公开的一种隧道安全监测系统结构示意图；图2示例了隧道内设置的若干个监测断面示意图；图3示例了隧道内设置的三个监测断面示意图；图4示例了t1时刻至t2时刻，监测断面1正视图的变化情况示意图；图5示例了t1时刻至t2时刻，监测断面1侧视图的变化情况示意图；图6示例了t1时刻至t2时刻，监测断面1和监测断面2侧视图的变化情况示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道安全监测系统，其特征在于，在隧道内沿隧道开挖方向上设置有若干个监测断面，该隧道安全监测系统包括：设置于每一监测断面的第一测点上的若干组测距仪，以及与各测距仪连接的通信模块，与所述通信模块连接的监控平台；每一监测断面的第一测点上设置的若干组测距仪中，设置第一组测距仪的测距方向为水平方向；设置第二组测距仪的测距方向对准所述监测断面的拱顶测点；针对所述监测断面的第一测点上设置的第三组测距仪，若所述监测断面并非隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准所述监测断面的前一相邻监测断面的拱顶测点；若所述监测断面为隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准位于所述监测断面前的后视固定测点；其中，所述前一相邻监测断面至所述监测断面的方向为所述隧道开挖方向；每一监测断面的第一测点上设置的测距仪将测量值通过所述通信模块发送至所述监控平台，由所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉。

【技术特征摘要】
1.一种隧道安全监测系统，其特征在于，在隧道内沿隧道开挖方向上设置有若干个监测断面，该隧道安全监测系统包括：设置于每一监测断面的第一测点上的若干组测距仪，以及与各测距仪连接的通信模块，与所述通信模块连接的监控平台；每一监测断面的第一测点上设置的若干组测距仪中，设置第一组测距仪的测距方向为水平方向；设置第二组测距仪的测距方向对准所述监测断面的拱顶测点；针对所述监测断面的第一测点上设置的第三组测距仪，若所述监测断面并非隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准所述监测断面的前一相邻监测断面的拱顶测点；若所述监测断面为隧道施工过程中所需监测的首个监测断面，则设置所述第三组测距仪的测距方向对准位于所述监测断面前的后视固定测点；其中，所述前一相邻监测断面至所述监测断面的方向为所述隧道开挖方向；每一监测断面的第一测点上设置的测距仪将测量值通过所述通信模块发送至所述监控平台，由所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化及拱顶下沉。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控平台根据接收的各测量值计算各监测断面的第一测点处的隧道净空变化，包括：监控平台根据每一监测断面的第一测点处设置的第一组测距仪在前后两个不同时刻的测量值，计算前后两个测量值的差值，结果作为该前后两个时刻内所述监测断面的第一测点处的隧道净空变化。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，监控平台根据接收的各测量值计算首个监测断面的拱顶下沉，包括：监控平台根据隧道施工过程中所需监测的首个监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪在前后两个不同时刻的测量值l1和l1′，计算前后两个时刻内所述首个监测断面的第一测点处的下沉Δ1为：Δ1＝(l1-l1′)*cosθ1；其中，θ1为首个监测断面的第一测点处设置的第三组测距仪的测距方向与竖直方向夹角；监控平台确定前后两个时刻内所述首个监测断面的拱顶下沉Δ2为...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丽娜，李福健，胡伟，沈翔，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34