【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法
本专利技术涉及一种变形报警装置，更具体的说涉及一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置及方法，属于隧道隧道监测
技术介绍
隧道上下台阶施工法，是隧道开挖中常见的一种施工方法；该方法将隧道断面分为上半断面(上台阶)和下半断面(下台阶)，施工时先进行上半断面的开挖，并同时对上半断面进行初期支护形成拱圈，之后在拱圈的保护下再开挖隧道下半部分的边墙和中间部分，同时进行边墙的支护。对于围岩较差的隧道，这种上下台阶施工法较为适用；但是，采用该种方法会导致隧道的支护分两个部分进行，即先上半断面的初期支护，然后才是下半断面的初期支护，两者之间并不是同一时间完成，从而将导致下半断面开挖时上断面的拱顶初支由于未成为一个完整的整体以及下半断面施工作业的扰动等因素的影响而失效，进而易产生坍塌，引发事故，严重威胁施工作业人员的安全，造成损失。从大量现场反馈来看，由于此种原因所造成的事故早已屡见不鲜；然而对于此种情况却少有相应的监测报警装置。因此，亟需建立一种报警装置，从而对保护施工...
【技术保护点】
1.一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，其特征在于：包括测量系统(1)、转速控制系统(2)、信号处理系统(3)、报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)，所述的测量系统(1)与信号处理系统(3)连接，所述的信号处理系统(3)分别与报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)连接，且信号处理系统(3)与转速控制系统(2)连接，所述的转速控制系统(2)与测量系统(1)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，其特征在于：包括测量系统(1)、转速控制系统(2)、信号处理系统(3)、报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)，所述的测量系统(1)与信号处理系统(3)连接，所述的信号处理系统(3)分别与报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)连接，且信号处理系统(3)与转速控制系统(2)连接，所述的转速控制系统(2)与测量系统(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，其特征在于：所述的测量系统(1)包括激光测距传感器(11)、角度传感器(12)和旋转轴(13)，所述的激光测距传感器(11)与角度传感器(12)通过旋转轴(13)连接，激光测距传感器(11)与角度传感器(12)同时转动，角度传感器(12)每计一次数，激光测距传感器(11)测量并记录一个数；
所述的转速控制系统(2)包括垂直向步进电机(21)和微型控制单元(22)，所述的微型控制单元(22)与垂直向步进电机(21)连接，所述的垂直向步进电机(21)与测量系统(1)中的旋转轴(13)连接，微型控制单元(22)通过垂直步进电机(21)控制旋转轴(13)的方向和速率、进而控制激光测距传感器(11)垂直向的旋转；
所述的信号处理系统(3)接收激光测距传感器(11)和角度传感器(12)传出的数据、并进行储存分析，再将结果输出至微型控制单元(22)、以及报警装置(4)、显示装置(7)和无限发射模块(8)。
3.根据权利要求1所述的一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，其特征在于：所述的报警装置(4)为声光报警模块，包括红、黄、绿三个指示灯以及一个鸣叫器。
4.根据权利要求1所述的一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警装置，其特征在于：还包括有振动消除装置(5)和水平装置(6)，所述的水平装置(6)包括水准气泡(61)和高度调节装置(62)，所述的高度调节装置(62)设置在振动消除装置(5)上，所述的振动消除装置(5)设置在大块磁性钢板(10)的底板上，所述的大块磁性钢板(10)的侧板贴置于上台阶开挖完后的钢拱架(101)。
5.一种用于隧道下台阶开挖时的拱顶变形报警方法，其特征在于，包括下面的步骤：
步骤一，装置的设置及调节：设置角度传感器(12)的精度α、横向监测点数g以及监测距离D，以及根据工程实际条件设置旋转轴(13)的旋转速率，然后将激光测距传感器(11)和角度传感器(12)固定在旋转轴(13)上，旋转轴(13)架于支架上，支架所留孔洞略大于旋转轴(13)，调节高度调节装置(62)使水准气泡(61)水平，并调节激光测距传感器(11)和角度传感器(12)归零，此处角度传感器(12)的精度α指的是角度传感器(12)每转α角便计数一次、横向监测点数g指的是延隧道轴向方向单排监测点数、监测距离D表示横向扫描两相邻监测点之间的距离；
步骤二，全断面扫描：确定监测起始点，具体步骤如下：
S21：设置角度传感器(12)的测量范围为[0，90°]，角度传感器每转过α角便计数一次，计数时从0开始，每计数一次在原数的基础之上加1，此时共可计数c＝[90/α]次，[90/α]表示对结果取整数；
S22：设角度传感器(12)第i次计数为i，此时激光测距传感器(11)对应所记录的数据为ki、激光测距传感器(11)与水平面之间的夹角对应为且满足因此角度传感器(12)旋转90°后，信号处理系统(3)可以得到两个初始的全断面测量距离行向量[k]以及对应的全断面角度列向量每一个向量中元素的个数n满足：n＝[90/α]+1，式中[90/α]表示对结果取整数，信号处理系统(3)根据元素个数n初始化全断面角度列向量以及全断面距离行向量，向量中每一个元素均初始化为零；然后进行全断面扫描，其扫描的范围为激光测距传感器(11)从水平面旋转至竖直面所扫过的位置，随着扫描的进行，全断面测量距离行向量[k]及全断面角度列向量中的数据依次被数据替换：
[k]＝[000…000]→[k0k1k2…kn-3kn-2kn-1]
S23：当全断面扫描结束后，令f为测量点到水平面的垂直距离，计算f并取所有f中的最大值，设此时i＝t，则表示测量点到水平面距离的最大值，增加t前后z个点作为监测对象，由此可以得到最终的监测起始点：
{N}＝{t-z,t-(z-1),…,t-1,t,t+1,…,t+(z-1),t+z}；
步骤三，后续实时监测扫描：对步骤二全断面扫描确定的监测起始点来回反复测量，扫描时以监测范围{N}中的点为延隧道轴向方向扫描的起始点，向隧道轴向方...
【专利技术属性】
技术研发人员：王更峰，王力，张克宏，张晓晓，王兴留，王桂林，王润秋，孙帆，
申请(专利权)人：中铁十一局集团第四工程有限公司，中铁十一局集团有限公司，重庆大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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