專利名稱：一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法。特別是涉及一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隧道在我國(guó)山區(qū)鐵路、公路的修建中占有很大的比例。目前我國(guó)隧道工程普遍采用新奧法進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，新奧法是依據(jù)力學(xué)方面的考慮，將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)合起來(lái)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)隧道變形管理，形成一個(gè)完整的隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工的概念。在施工階段，應(yīng)進(jìn)行隧道變形監(jiān)控量測(cè)，隧道變形監(jiān)控量測(cè)的主要目的在于了解圍巖穩(wěn)定狀態(tài)和初始支護(hù)、二襯結(jié)構(gòu)的可靠程度，確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，為圍巖級(jí)別變更、初期支護(hù)和二襯的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)信息化施工不可缺少的工序。所以，隧道變形監(jiān)控量測(cè)工作的準(zhǔn)確、及時(shí)與否，直接關(guān)系隧道施工的安全與進(jìn)度。 目前，我國(guó)隧道變形監(jiān)控量測(cè)普遍采用的儀器包括收斂計(jì)、水準(zhǔn)儀(包括鋼掛尺)和全站儀。采用這些儀器量測(cè)時(shí)，每次量測(cè)都需要人工操作儀器、讀數(shù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)，量測(cè)精度不高，尤其不能做到實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)，而且進(jìn)行隧道變形監(jiān)控量測(cè)與施工作業(yè)易發(fā)生干擾。對(duì)于運(yùn)營(yíng)中的地鐵隧道變形監(jiān)控量測(cè)，只能在夜間地鐵停止運(yùn)營(yíng)期間進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。所以，急需研發(fā)出一種能24小時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)方法。近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了采用激光雷達(dá)和激光測(cè)距儀對(duì)隧道變形監(jiān)控量測(cè)的研究，雖然能做到實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)控量測(cè)。但是，其測(cè)量誤差較大，一般最高精度±3_，而技術(shù)規(guī)程要求的精度為O. 5_ 1_ ;另外，激光雷達(dá)和激光測(cè)距儀屬于精密儀器，儀器昂貴，隧道施工期間環(huán)境惡劣(潮濕、爆破產(chǎn)生振動(dòng)和粉塵)，很難在隧道變形監(jiān)控量測(cè)得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種可以提高隧道變形測(cè)試精度，減少量測(cè)作業(yè)對(duì)隧道施工的干擾和實(shí)現(xiàn)隧道變形監(jiān)控量測(cè)自動(dòng)化的采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，包括如下步驟I)在監(jiān)控量測(cè)的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測(cè)點(diǎn)，在拱型隧道斷面上對(duì)稱設(shè)定左測(cè)點(diǎn)和右測(cè)點(diǎn)，并連接左測(cè)點(diǎn)和右測(cè)點(diǎn)構(gòu)成水平測(cè)線；2)在拱頂測(cè)點(diǎn)處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置豎向連接桿；3)在豎向連接桿上通過(guò)接頭或焊接方式固定位移傳遞桿；4)在位移傳遞桿與水平測(cè)線相交處通過(guò)接頭固定第一基座；5)在左測(cè)點(diǎn)和右測(cè)點(diǎn)處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置水平量測(cè)桿，在水平量測(cè)桿臨近位移傳遞桿的一端通過(guò)接頭固定設(shè)置第二基座；6)將位移傳遞桿與水平測(cè)線相交點(diǎn)分別設(shè)定為第一測(cè)點(diǎn)和第二測(cè)點(diǎn)；
7)在第一基座上或第二基座上固定位移傳感器支架，在位移傳感器支架上分別設(shè)置水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器；8)分別采用水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器量測(cè)左測(cè)點(diǎn)與第一測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，分別采用水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器量測(cè)右測(cè)點(diǎn)與第二測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB ；
9)根據(jù)左測(cè)點(diǎn)與第一測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測(cè)點(diǎn)與第二測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB判斷隧道變形情況。10)分別算出左測(cè)點(diǎn)和右測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化Wx，拱頂測(cè)點(diǎn)與水平測(cè)線之間豎向凈空變化平均值Wy。步驟3)中所述的位移傳遞桿與拱型隧道的內(nèi)側(cè)面不發(fā)生接觸。所述的位移傳遞桿和水平量測(cè)桿在同一個(gè)量測(cè)斷面、且與隧道縱向軸線垂直。步驟3)中所述的位移傳遞桿為曲線形狀或折線形狀。步驟7)所述的位移傳感器支架是通過(guò)磁力或螺栓固定在第一基座上或固定在第
二基座上。 步驟10)所述的水平凈空變化Wx是由公式Wx=WxA+WxB得到。步驟10)所述的豎向凈空變化平均值Wy是由公式Wy=O. 5 X (ffyA+ffyB)得到。步驟10)所述的隧道變形情況是當(dāng)I Wxa I <0.70 I Wxb I，且I WyA I < O. 70 IWyB I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱；或當(dāng)I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱。所述的水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器采用百分表、千分表、振弦式位移傳感器和光纖光柵位移傳感器中的一種。在人工采集數(shù)據(jù)時(shí)，所述的水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器采用百分表或千分表；在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)量測(cè)時(shí)，所述的水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器米用振弦式位移傳感器或光纖光柵位移傳感器。當(dāng)水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器米用光纖光柵位移傳感器時(shí)，光纖光柵位移傳感器通過(guò)光纜連接到光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)，光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)包括光纖光柵解調(diào)儀、信號(hào)傳輸線和計(jì)算機(jī)；當(dāng)水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器采用振弦式位移傳感器時(shí)，振弦式位移傳感器通過(guò)通信電纜連接到數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)信號(hào)傳輸線連接到計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，具有量測(cè)裝置簡(jiǎn)單、測(cè)試快、測(cè)試精度高、對(duì)施工干擾少、費(fèi)用低廉和可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，根據(jù)隧道凈空變化測(cè)試結(jié)果還可以確定隧道是否受偏壓作用。本發(fā)明用于監(jiān)控量測(cè)斷面有多條水平測(cè)線，以及適用于運(yùn)營(yíng)中隧道監(jiān)控變形量測(cè)。本發(fā)明的量測(cè)精度為O. Olmm O. OOlmm,高于技術(shù)規(guī)程要求的O. 5 1mm。


圖I是隧道拱頂測(cè)點(diǎn)和I條水平測(cè)線示意圖；圖2是本發(fā)明的位移傳遞桿的示意圖；圖3是本發(fā)明的位移傳感器安裝示意圖4是本發(fā)明的位移傳感器另一種安裝示意圖；圖5是本發(fā)明的另一種位移傳遞桿示意圖；圖6是光纖光柵傳感器自動(dòng)化量測(cè)系統(tǒng)；圖7是振弦式傳感器自動(dòng)化量測(cè)系統(tǒng)。圖中A :左測(cè)點(diǎn)B :右測(cè)點(diǎn)C :拱頂測(cè)點(diǎn)D :水平測(cè)線I:內(nèi)側(cè)面2:豎向連接桿 3 :位移傳遞桿4 :第一基座5 :水平量測(cè)桿6 :位移傳感器支架7 :水平方向位移傳感器 8 :第二基座9 :接頭10:豎直方向位移傳感器13 :振弦式位移傳感器 14 :光纖光柵位移傳感器15 :光纜17 :光纖光柵解調(diào)儀18 :信號(hào)傳輸線19 :計(jì)算機(jī)20 :通信電纜21 :數(shù)據(jù)采集儀
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，包括如下步驟I)如圖I所示，在監(jiān)控量測(cè)的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測(cè)點(diǎn)C，在拱型隧道斷面上對(duì)稱設(shè)定左測(cè)點(diǎn)A和右測(cè)點(diǎn)B，并連接左測(cè)點(diǎn)A和右測(cè)點(diǎn)B構(gòu)成水平測(cè)線D ；2)如圖2所示，在拱頂測(cè)點(diǎn)C處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置豎向連接桿2 ；3)如圖2所示，在豎向連接桿2上通過(guò)接頭或焊接方式固定位移傳遞桿3，所述的位移傳遞桿3與拱型隧道的內(nèi)側(cè)面I不發(fā)生接觸；如圖2、圖5所示，所述的位移傳遞桿3為曲線形狀或折線形狀。并且，所述的位移傳遞桿3可以是鋼管、型材和其他構(gòu)件。4)如圖3、圖4所示，在位移傳遞桿3與水平測(cè)線相交處通過(guò)接頭9固定第一基座
4；5)在左測(cè)點(diǎn)A和右測(cè)點(diǎn)B處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置水平量測(cè)桿5，所述的水平量測(cè)桿5和位移傳遞桿3在同一個(gè)量測(cè)斷面、且與隧道縱向軸線垂直。在水平量測(cè)桿5臨近位移傳遞桿3的一端通過(guò)接頭9固定設(shè)置第二基座8 ；6)將位移傳遞桿3與水平測(cè)線D相交點(diǎn)分別設(shè)定為第一測(cè)點(diǎn)Al和第二測(cè)點(diǎn)BI ；7)在第一基座4上或第二基座8上固定位移傳感器支架6，在位移傳感器支架6上分別設(shè)置水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10，所述的位移傳感器支架6是通過(guò)磁力或螺栓固定在第一基座4上或固定在第二基座8上；所述的水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10米用百分表、千分表、振弦式位移傳感器13和光纖光柵位移傳感器14中的一種。
在人工采集數(shù)據(jù)時(shí)，所述的水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10采用百分表或千分表；在自動(dòng)化量測(cè)(自動(dòng)采集數(shù)據(jù))時(shí)，所述的水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10米用振弦式位移傳感器13或光纖光柵位移傳感器14。8)當(dāng)水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10采用光纖光柵位移傳感器14時(shí)，光纖光柵位移傳感器14通過(guò)光纜15連接到光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)16，光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)16包括光纖光柵解調(diào)儀17、信號(hào)傳輸線18和計(jì)算機(jī)19 ;當(dāng)水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10采用振弦式位移傳感器13時(shí)，振弦式位移傳感器13通過(guò)通信電纜20連接到數(shù)據(jù)采集儀21，數(shù)據(jù)采集儀21通過(guò)信號(hào)傳輸線18連接到計(jì)算機(jī)19。9)分別采用水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10量測(cè)左測(cè)點(diǎn)A與第一測(cè)點(diǎn)Al之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，分別采用水平方向位移傳感器7和豎直方向位移傳感器10量測(cè)右測(cè)點(diǎn)B與第二測(cè)點(diǎn)BI之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB;
10)根據(jù)左測(cè)點(diǎn)A與第一測(cè)點(diǎn)Al之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測(cè)點(diǎn)B與第二測(cè)點(diǎn)BI之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB判斷隧道變形情況。11)分別算出左測(cè)點(diǎn)A和右測(cè)點(diǎn)B之間水平凈空變化Wx，拱頂測(cè)點(diǎn)C與水平測(cè)線D之間豎向凈空變化平均值wy，所述的水平凈空變化Wx是由公式wx=wxA+wxB得到，所述的豎向凈空變化平均值Wy是由公式Wy=O. 5 X (ffyA+ffyB)；所述的隧道變形情況是當(dāng)I Wxa I <0.7 I Wxb I，且I WyA I <0.7 I WyB I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱(即隧道受偏壓作用)；或當(dāng)I Wxb I < O. 7 I Wxa I，且I WyB I < O. 7 IWyA I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱(即隧道受偏壓作用)。
權(quán)利要求
1.一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟 1)在監(jiān)控量測(cè)的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測(cè)點(diǎn)(C)，在拱型隧道斷面上對(duì)稱設(shè)定左測(cè)點(diǎn)(A)和右測(cè)點(diǎn)(B)，并連接左測(cè)點(diǎn)(A)和右測(cè)點(diǎn)(B)構(gòu)成水平測(cè)線(D); 2)在拱頂測(cè)點(diǎn)(C)處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置豎向連接桿(2)； 3)在豎向連接桿(2 )上通過(guò)接頭或焊接方式固定位移傳遞桿(3 ); 4)在位移傳遞桿(3)與水平測(cè)線相交處通過(guò)接頭(9)固定第一基座(4)；5)在左測(cè)點(diǎn)(A)和右測(cè)點(diǎn)(B)處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過(guò)焊接方式設(shè)置水平量測(cè)桿(5 )，在水平量測(cè)桿(5 )臨近位移傳遞桿(3 )的一端通過(guò)接頭(9 )固定設(shè)置第二基座(8 ); 6)將位移傳遞桿(3)與水平測(cè)線(D)相交點(diǎn)分別設(shè)定為第一測(cè)點(diǎn)(Al)和第二測(cè)點(diǎn)(BI)； 7)在第一基座(4)上或第二基座(8)上固定位移傳感器支架(6)，在位移傳感器支架(6 )上分別設(shè)置水平方向位移傳感器(7 )和豎直方向位移傳感器(10 ); 8)分別采用水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)量測(cè)左測(cè)點(diǎn)(A)與第一測(cè)點(diǎn)(Al)之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，分別采用水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)量測(cè)右測(cè)點(diǎn)(B)與第二測(cè)點(diǎn)(BI)之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB ；9)根據(jù)左測(cè)點(diǎn)(A)與第一測(cè)點(diǎn)(Al)之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測(cè)點(diǎn)(B)與第二測(cè)點(diǎn)(BI)之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB判斷隧道變形情況； 10)分別算出左測(cè)點(diǎn)(A)和右測(cè)點(diǎn)(B)之間水平凈空變化Wx，拱頂測(cè)點(diǎn)(C)與水平測(cè)線(D)之間豎向凈空變化平均值Wy。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟3)中所述的位移傳遞桿(3)與拱型隧道的內(nèi)側(cè)面(I)不發(fā)生接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，所述的位移傳遞桿(3)和水平量測(cè)桿(5)在同一個(gè)量測(cè)斷面、且與隧道縱向軸線垂直。
根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟3)中所述的位移傳遞桿(3)為曲線形狀或折線形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟7)所述的位移傳感器支架(6)是通過(guò)磁力或螺栓固定在第一基座(4)上或固定在第二基座(8)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟10)所述的水平凈空變化Wx是由公式wx=wxA+wxB得到。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟10)所述的豎向凈空變化平均值Wy是由公式Wy=O. 5X (ffyA+ffyB)得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，步驟10)所述的隧道變形情況是當(dāng)I Wxa I <0.70 I Wxb I，且I WyA I < O. 70 IWyB I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱；或當(dāng)I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I時(shí)，隧道變形不對(duì)稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，所述的水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)米用百分表、千分表、振弦式位移傳感器(13)和光纖光柵位移傳感器(14)中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，在人工采集數(shù)據(jù)時(shí)，所述的水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)采用百分表或千分表；在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)量測(cè)時(shí)，所述的水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)采用振弦式位移傳感器(13)或光纖光柵位移傳感器(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法，其特征在于，當(dāng)水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)米用光纖光柵位移傳感器(14)時(shí)，光纖光柵位移傳感器(14)通過(guò)光纜(15)連接到光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)(16)，光纖光柵測(cè)量系統(tǒng)(16)包括光纖光柵解調(diào)儀(17)、信號(hào)傳輸線(18)和計(jì)算機(jī)(19);當(dāng)水平方向位移傳感器(7)和豎直方向位移傳感器(10)采用振弦式位移傳感器(13)時(shí)，振弦式位移傳感器(13)通過(guò)通信電纜(20)連接到數(shù)據(jù)采集儀(21)，數(shù)據(jù)采集儀(21)通過(guò)信號(hào)傳輸線(18)連接到計(jì)算機(jī)(19) ο
全文摘要
一種采用位移傳感器測(cè)量隧道變形的監(jiān)控量測(cè)方法在拱型隧道斷面上設(shè)定測(cè)點(diǎn)，并連線；在拱頂測(cè)點(diǎn)處設(shè)置連接桿；在連接桿上固定位移傳遞桿并在其上固定第一基座；在測(cè)點(diǎn)處設(shè)置水平量測(cè)桿，并在其上設(shè)置第二基座；將位移傳遞桿與水平測(cè)線相交點(diǎn)分別設(shè)定為第一測(cè)點(diǎn)和第二測(cè)點(diǎn)；在第一基座上或第二基座上固定位移傳感器支架，在位移傳感器支架上設(shè)水平方向位移傳感器和豎直方向位移傳感器；量測(cè)水平凈空變化及豎向凈空變化，并根據(jù)其判斷隧道變形情況，算出左測(cè)點(diǎn)和右測(cè)點(diǎn)之間水平凈空變化，拱頂測(cè)點(diǎn)與水平測(cè)線之間豎向凈空變化平均值。本發(fā)明測(cè)試快、測(cè)試精度高、對(duì)施工干擾少、費(fèi)用低廉，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)隧道凈空變化測(cè)試結(jié)果還可以確定隧道是否受偏壓作用。
文檔編號(hào)G01B21/32GK102914282SQ201210396378
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者張先鋒, 江水德, 杜道龍, 劉永忠, 趙正蓉, 賀維國(guó), 王昌洪 申請(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司, 中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司