一种隧道结构的自动监测系统、自动监测方法及其用途技术方案

本发明专利技术提供了一种隧道结构的自动监测系统，包括测量工具和监控平台；其中，测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪。监控平台设置在隧道外，与上述测量工具一一电连接。本发明专利技术的自动监测系统，利用测量工具实时获取监测断面中体现的隧道结构变形、应力变化和震动速度的信息，以准确掌握既有隧道的运营状况。在此基础上，本发明专利技术还提供了一种隧道结构的自动监测方法，采用上述自动监测系统，以准确获得新建隧道施工对既有隧道持续产生影响的完整数据，反映既有隧道运营安全的实时信息，准确指导新建隧道的施工。

An Automatic Monitoring System for Tunnel Structures and Its Application

The invention provides an automatic monitoring system for tunnel structure, including measuring tools and monitoring platform, in which measuring tools include horizontal convergence detection unit of tunnel, settlement detection unit of tunnel arch, vertical displacement detection unit of track, transverse stress detection unit of tunnel lining, longitudinal stress detection unit of tunnel lining, field blasting detection unit and total station instrument. The monitoring platform is set outside the tunnel and electrically connected with the measuring tools mentioned above. The automatic monitoring system of the invention can obtain real-time information of tunnel structure deformation, stress change and vibration speed reflected in the monitoring section by means of measuring tools, so as to accurately grasp the operation status of existing tunnels. On this basis, the invention also provides an automatic monitoring method for tunnel structure. The above-mentioned automatic monitoring system can accurately obtain complete data of the continuous impact of new tunnel construction on existing tunnels, reflect real-time information of operation safety of existing tunnels, and accurately guide the construction of new tunnels.

【技术实现步骤摘要】
一种隧道结构的自动监测系统、自动监测方法及其用途
本专利技术涉及建筑施工
，具体而言，涉及一种隧道结构的自动监测系统、自动监测方法及其用途。
技术介绍
在既有的、正常运营的铁路隧道上方或下方新建公路隧道时，很大程度上会引起既有铁路隧道的周边围岩应力重新分布，使既有铁路隧道的纵向、横向内力发生变化，进而影响该铁路隧道的结构稳定而危及列车运营安全。只有加强施工技术措施、安全措施，加强既有铁路隧道的安全监控，在爆破施工时减少对既有铁路隧道结构的扰动，把震速控制在安全合理的范围内，才能确保既有铁路隧道中各部位的结构安全和运营安全，在不中断既有铁路隧道运营的情况下安全的通过影响段的施工。传统的检测设备一般由工人进行实时监控。另外，采用全站仪进行测量的检测系统中，由于新建隧道持续对既有隧道的结构产生影响，全站仪在变化的环境中容易出现偏差，而需要人为对全站仪的状态进行调整，导致施工效率受到影响，甚至由于预紧不及时而造成安全事故。所以，现有技术中没有合适的全自动监测系统和监测方案，以至于不能获得新建隧道施工对既有隧道持续影响的准确数据，难以掌握既有隧道运营安全的实时信息，不能准确指导新建隧道的施工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种隧道结构的自动监测系统和自动监测方法，以解决现有技术中对隧道结构变形和应力变化的监测工作存在的全站仪需要频繁调整、监测方法不够智能的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供的一种隧道结构的自动监测系统，包括测量工具和监控平台；测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪；隧道沿自身长度方向设置多个监测断面，隧道水平收敛检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道拱部沉降检测单元设置于任一监测断面的拱顶；轨道竖向位移检测单元设置于任一监测断面的道床顶面；隧道衬砌横向应力检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道衬砌纵向应力检测单元设置于监测断面的边墙内壁；现场爆破检测单元设置于监测断面的边墙内壁；全站仪浮动设置于隧道内一槽腔的液面，与隧道水平收敛检测单元和隧道拱部沉降检测单元光连接；监控平台设置在隧道外，分别与全站仪、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元和现场爆破检测单元电连接。在上述技术方案的基础上，进一步，槽腔设置有自动补水装置，以确保槽腔内液面位于设定的高度。——该技术方案的技术效果在于：槽腔内液面高度保证了全站仪的准确定位，而槽腔内液体容易因为蒸发或者渗漏，自动补水装置能够避免定位不准确。在上述技术方案的基础上，进一步，还包括透明保护罩；透明保护罩将全站仪密封罩设在槽腔内。——该技术方案的技术效果在于：透明保护罩能够减少全站仪受列车高速通过的风速影响，还能起到防水、防尘、防止液体蒸发的作用。在上述技术方案的基础上，进一步，还包括不少于三个稳定基准点；三个稳定基准点设置在新建隧道施工的影响范围之外，分别与全站仪光连接。——该技术方案的技术效果在于：三个稳定基准点用以对全站仪实施辅助定位。在上述技术方案的基础上，进一步，全站仪的角度测量精度达0.5秒，距离测量范围为0到3000米。——该技术方案的技术效果在于：全站仪，即全站型电子测距仪(ElectronicTotalStation)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。考虑到监测精度要求和设备成本原因，优选采用徕卡NovaTM50系列全站仪，其0.5秒的角度测量精度和0到3000米的距离测量范围能够满足上跨隧道施工作业的测量要求。在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置两个隧道水平收敛检测单元，分别位于监测断面的两侧拱腰。——该技术方案的技术效果在于：监测断面内隧道左右两侧为近似弧形的曲线，为测量隧道水平收敛变形，故在左右两边各设置一个棱镜，即可体现隧道水平方向的变形情况。在上述任一技术方案的基础上，进一步，两个隧道水平收敛检测单元距离监测断面底部高度为1～2米。——该技术方案的技术效果在于：实际检测经验数据显示，隧道左右两侧中部的水平变形尺寸是水平收敛变形的最大尺寸，所以选择将棱镜设置在监测断面底部高度1～2米的位置，具体可设置在1.5米处。在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面的拱顶设置一个隧道拱部沉降检测单元。——该技术方案的技术效果在于：在其中一个监测断面内，只需获得一个位置的隧道拱部沉降数据即可，故优选在隧道拱部最高的位置安装该棱镜。在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元均为棱镜。——该技术方案的技术效果在于：棱镜的工作原理是反射光信号。棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去，全站仪发出光信号，并接收从反射棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移等，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。具体地，棱镜外形呈L型。L型棱镜也称直角棱镜，方便安装固定，且具有较广的视角，能适应更灵活的监测方向。在上述任一技术方案的基础上，进一步，轨道竖向位移检测单元为梁式倾斜仪。——该技术方案的技术效果在于：梁式倾斜仪随结构物的倾斜变形量与输出的电量呈对应关系，以此可测出被测结构物的倾斜角度，并可计算出以仪器安装基尺为标长的角位移的变化量，同时它的测值可显示出以零点为基准值倾斜角变化的正负方向。另外，为了确保监测数据的准确性，轨道竖向位移监测还将采用全站仪加“L”型棱镜的方式测试。通过数据相互对比分析、印证提高监测可靠性。在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置两个轨道竖向位移检测单元，两个轨道竖向位移检测单元相对于隧道长度方向的纵向剖面对称设置。——该技术方案的技术效果在于：由于铁路隧道中的轨道为两条，故应分别测量其竖向位移。另外，两级连接时，可以反应出被测路段的连续沉降情况。在上述任一技术方案的基础上，进一步，轨道竖向位移检测单元通过化学螺栓四角贴合地固定安装于隧道轨枕顶面。——该技术方案的技术效果在于：四角贴合固定更能保证梁式倾斜仪的水平安装。同样的，化学螺栓是后埋件的一种，在预埋件漏埋或后建工程中使用，方便了梁式倾斜仪在道床顶面的后期加装。在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元均为表面应变计。——该技术方案的技术效果在于：表面应变计测量数据准确，受外界干扰影响小，并且成本低廉安装方便。能够将测得的衬砌混凝土的应变换算成结构横断面的应力。在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置7个隧道衬砌横向应力检测单元和1个隧道衬砌纵向应力检测单元；监测断面一侧拱腰从上往下依次设置4个隧道衬砌横向应力检测单元，另一侧拱腰从上往下依次设置3个隧道衬砌横向应力检测单元和1个隧道衬砌纵向应力检测单元。——该技术方案的技术效果在于：由于新建隧道位于上方或者下方，既有隧道在施工中受到横向震动压力较大，而在纵向的震动压力较小，故采用多个横向应力检测单元，而使用较少的纵向应力检测单元。在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道结构的自动监测系统，其特征在于，包括测量工具和监控平台；测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪；隧道沿自身长度方向设置多个监测断面，隧道水平收敛检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道拱部沉降检测单元设置于任一监测断面的拱顶；轨道竖向位移检测单元设置于任一监测断面的道床顶面；隧道衬砌横向应力检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道衬砌纵向应力检测单元设置于监测断面的边墙内壁；现场爆破检测单元设置于监测断面的边墙内壁；全站仪浮动设置于隧道内一槽腔的液面，与隧道水平收敛检测单元和隧道拱部沉降检测单元光连接；监控平台设置在隧道外，分别与全站仪、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元和现场爆破检测单元电连接；槽腔设置有自动补水装置，以确保槽腔内液面位于设定的高度；还包括透明保护罩；透明保护罩将全站仪密封罩设在槽腔内；还包括不少于三个稳定基准点；三个稳定基准点设置在新建隧道施工的影响范围之外，分别与全站仪光连接；还包括与监控平台连接的报警器；监控平台能够通过报警器向外界发出警报；还包括与监控平台无线连接的移动终端；还包括自检装置；自检装置与测量工具电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种隧道结构的自动监测系统，其特征在于，包括测量工具和监控平台；测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪；隧道沿自身长度方向设置多个监测断面，隧道水平收敛检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道拱部沉降检测单元设置于任一监测断面的拱顶；轨道竖向位移检测单元设置于任一监测断面的道床顶面；隧道衬砌横向应力检测单元设置于任一监测断面的拱腰；隧道衬砌纵向应力检测单元设置于监测断面的边墙内壁；现场爆破检测单元设置于监测断面的边墙内壁；全站仪浮动设置于隧道内一槽腔的液面，与隧道水平收敛检测单元和隧道拱部沉降检测单元光连接；监控平台设置在隧道外，分别与全站仪、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元和现场爆破检测单元电连接；槽腔设置有自动补水装置，以确保槽腔内液面位于设定的高度；还包括透明保护罩；透明保护罩将全站仪密封罩设在槽腔内；还包括不少于三个稳定基准点；三个稳定基准点设置在新建隧道施工的影响范围之外，分别与全站仪光连接；还包括与监控平台连接的报警器；监控平台能够通过报警器向外界发出警报；还包括与监控平台无线连接的移动终端；还包括自检装置；自检装置与测量工具电连接。2.根据权利要求1所述的隧道结构的自动监测系统，其特征在于，全站仪的角度测量精度达0.5秒，距离测量范围为0到3000米。3.根据权利要求1所述的隧道结构的自动监测系统，其特征在于，任一监测断面内设置两个隧道水平收敛检测单元，分别位于监测断面的两侧拱腰；两个隧道水平收敛检测单元距离监测断面底部高度为1～2米。4.根据权利要求1～3任一项所述的隧道结构的自动监测系统，其特征在于，任一监测断面的拱顶设置一个隧道拱部沉降检测单元；隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元均为棱镜。5.根据权利要求1～3任一项所述的隧道结构的自动监测系统，其特征在于，轨道竖向位移检测单元为梁式倾斜仪；任一监测断面内设置两个轨道竖向位移检测单元，两个轨道竖向位移检测单元相对于隧道长度方向的纵向剖面对称设置；轨道竖向位移检测单元通过化学螺栓四角贴合地固定安装于隧道轨枕顶面。6.根据权利要求1～3任一项所述的隧道结构的自动监测系统，其特征在于，隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元均为表面应变计；任一监测断面内设置7个隧道衬砌横向应力检测单元和1个隧道衬砌纵向应力检测单元；监测断面一侧拱腰从上往下依次设置4个隧道衬砌横...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贵松，耿进军，段君良，张安俊，吴俊勇，
申请(专利权)人：中铁六局集团广州工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44