專利名稱：一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隧道變形的監(jiān)控量測方法。特別是涉及一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法。
背景技術(shù)：
隧道在我國山區(qū)鐵路、公路的修建中占有很大的比例。目前我國隧道工程普遍采用新奧法進行設(shè)計與施工，新奧法是依據(jù)力學(xué)方面的考慮，將支護結(jié)構(gòu)與圍巖結(jié)合起來，并進行現(xiàn)場隧道變形管理，形成一個完整的隧道動態(tài)設(shè)計與施工的概念。在施工階段，應(yīng)進行隧道變形監(jiān)控量測，隧道變形監(jiān)控量測的主要目的在于了解圍巖穩(wěn)定狀態(tài)和初始支護、二襯結(jié)構(gòu)的可靠程度，確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性，為圍巖級別變更、初期支護和二襯的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，是實現(xiàn)信息化施工不可缺少的工序。所以，隧道變形監(jiān)控量測工作的準確、及時與否，直接關(guān)系隧道施工的安全與進度。 目前，我國隧道變形監(jiān)控量測普遍采用的儀器包括收斂計、水準儀(包括鋼掛尺)和全站儀。采用這些儀器量測時，每次量測都需要人工操作儀器、讀數(shù)、處理數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)，量測精度不高，尤其不能做到實時遠程自動化監(jiān)控量測，而且進行隧道變形監(jiān)控量測與施工作業(yè)易發(fā)生干擾。對于運營中的地鐵隧道變形監(jiān)控量測，只能在夜間地鐵停止運營期間進行監(jiān)控量測。所以，急需研發(fā)出一種能24小時遠程自動化監(jiān)控量測方法。近幾年，國內(nèi)學(xué)者進行了采用激光雷達和激光測距儀對隧道變形監(jiān)控量測的研究，雖然能做到實時自動化監(jiān)控量測。但是，其測量誤差較大，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，激光雷達和激光測距儀屬于精密儀器，儀器昂貴，隧道施工期間環(huán)境惡劣(潮濕、爆破產(chǎn)生振動和粉塵)，很難在隧道變形監(jiān)控量測得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以提高隧道變形測試精度，減少量測作業(yè)對隧道施工的干擾和實現(xiàn)隧道變形監(jiān)控量測自動化的采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法，包括如下步驟I)在監(jiān)控量測的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測點，在拱型隧道斷面上對稱設(shè)定左測點和右測點，并連接左測點和右測點構(gòu)成水平測線；2)在拱頂測點處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(shè)置豎向連接桿；3)在豎向連接桿上通過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線相交處通過接頭固定第一基座；5)在左測點和右測點處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(shè)置水平量測桿，在水平量測桿臨近位移傳遞桿的一端通過接頭固定設(shè)置第二基座；6)將位移傳遞桿與水平測線相交點分別設(shè)定為第一測點和第二測點；
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左測點與第一測點之間水平凈空變化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右測點與第二測點之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB ；
9)根據(jù)左測點與第一測點之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測點與第二測點之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB判斷隧道變形情況。10)分別算出左測點和右測點之間水平凈空變化Wx，拱頂測點與水平測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桿在同一個量測斷面、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，隧道變形不對稱；或當(dāng)I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I時，隧道變形不對稱。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，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；在自動化監(jiān)測量測時，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，光纖光柵位移傳感器通過光纜連接到光纖光柵測量系統(tǒng)，光纖光柵測量系統(tǒng)包括光纖光柵解調(diào)儀、信號傳輸線和計算機；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，振弦式位移傳感器通過通信電纜連接到數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀通過信號傳輸線連接到計算機。本發(fā)明的一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法，具有量測裝置簡單、測試快、測試精度高、對施工干擾少、費用低廉和可實現(xiàn)實時監(jiān)測等特點，根據(jù)隧道凈空變化測試結(jié)果還可以確定隧道是否受偏壓作用。本發(fā)明用于監(jiān)控量測斷面有多條水平測線，以及適用于運營中隧道監(jiān)控變形量測。本發(fā)明的量測精度為O. Olmm O. OOlmm,高于技術(shù)規(guī)程要求的O. 5 1mm。


圖I是隧道拱頂測點和I條水平測線示意圖；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化量測系統(tǒng)；圖7是振弦式傳感器自動化量測系統(tǒng)。圖中A :左測點B :右測點C :拱頂測點D :水平測線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 :信號傳輸線19 :計算機20 :通信電纜21 :數(shù)據(jù)采集儀
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法做出詳細說明。本發(fā)明的一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法，包括如下步驟I)如圖I所示，在監(jiān)控量測的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測點C，在拱型隧道斷面上對稱設(shè)定左測點A和右測點B，并連接左測點A和右測點B構(gòu)成水平測線D ；2)如圖2所示，在拱頂測點C處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(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與水平測線相交處通過接頭9固定第一基座
4；5)在左測點A和右測點B處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(shè)置水平量測桿5，所述的水平量測桿5和位移傳遞桿3在同一個量測斷面、且與隧道縱向軸線垂直。在水平量測桿5臨近位移傳遞桿3的一端通過接頭9固定設(shè)置第二基座8 ；6)將位移傳遞桿3與水平測線D相交點分別設(shè)定為第一測點Al和第二測點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，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；在自動化量測(自動采集數(shù)據(jù))時，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，光纖光柵位移傳感器14通過光纜15連接到光纖光柵測量系統(tǒng)16，光纖光柵測量系統(tǒng)16包括光纖光柵解調(diào)儀17、信號傳輸線18和計算機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，振弦式位移傳感器13通過通信電纜20連接到數(shù)據(jù)采集儀21，數(shù)據(jù)采集儀21通過信號傳輸線18連接到計算機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量測左測點A與第一測點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量測右測點B與第二測點BI之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB;
10)根據(jù)左測點A與第一測點Al之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測點B與第二測點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)分別算出左測點A和右測點B之間水平凈空變化Wx，拱頂測點C與水平測線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，隧道變形不對稱(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，隧道變形不對稱(即隧道受偏壓作用)。
權(quán)利要求
1.一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法，其特征在于，包括如下步驟 1)在監(jiān)控量測的拱型隧道斷面的拱頂設(shè)定拱頂測點(C)，在拱型隧道斷面上對稱設(shè)定左測點(A)和右測點(B)，并連接左測點(A)和右測點(B)構(gòu)成水平測線(D); 2)在拱頂測點(C)處采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(shè)置豎向連接桿(2)； 3)在豎向連接桿(2 )上通過接頭或焊接方式固定位移傳遞桿(3 ); 4)在位移傳遞桿(3)與水平測線相交處通過接頭(9)固定第一基座(4)；5)在左測點(A)和右測點(B)處分別采用鉆孔預(yù)埋方式或通過焊接方式設(shè)置水平量測桿(5 )，在水平量測桿(5 )臨近位移傳遞桿(3 )的一端通過接頭(9 )固定設(shè)置第二基座(8 ); 6)將位移傳遞桿(3)與水平測線(D)相交點分別設(shè)定為第一測點(Al)和第二測點(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)量測左測點(A)與第一測點(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)量測右測點(B)與第二測點(BI)之間水平凈空變化Wxb及豎向凈空變化WyB ；9)根據(jù)左測點(A)與第一測點(Al)之間水平凈空變化Wxa及豎向凈空變化WyA，以及右測點(B)與第二測點(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)分別算出左測點(A)和右測點(B)之間水平凈空變化Wx，拱頂測點(C)與水平測線(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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，其特征在于，所述的位移傳遞桿(3)和水平量測桿(5)在同一個量測斷面、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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，其特征在于，步驟7)所述的位移傳感器支架(6)是通過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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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，隧道變形不對稱；或當(dāng)I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I時，隧道變形不對稱。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，其特征在于，在人工采集數(shù)據(jù)時，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；在自動化監(jiān)測量測時，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量隧道變形的監(jiān)控量測方法，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，光纖光柵位移傳感器(14)通過光纜(15)連接到光纖光柵測量系統(tǒng)(16)，光纖光柵測量系統(tǒng)(16)包括光纖光柵解調(diào)儀(17)、信號傳輸線(18)和計算機(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，振弦式位移傳感器(13)通過通信電纜(20)連接到數(shù)據(jù)采集儀(21)，數(shù)據(jù)采集儀(21)通過信號傳輸線(18)連接到計算機(19) ο
全文摘要
一種采用位移傳感器測量隧道變形的監(jiān)控量測方法在拱型隧道斷面上設(shè)定測點，并連線；在拱頂測點處設(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；在測點處設(shè)置水平量測桿，并在其上設(shè)置第二基座；將位移傳遞桿與水平測線相交點分別設(shè)定為第一測點和第二測點；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，算出左測點和右測點之間水平凈空變化，拱頂測點與水平測線之間豎向凈空變化平均值。本發(fā)明測試快、測試精度高、對施工干擾少、費用低廉，可實現(xiàn)實時監(jiān)測，根據(jù)隧道凈空變化測試結(jié)果還可以確定隧道是否受偏壓作用。
文檔編號G01B21/32GK102914282SQ201210396378
公開日2013年2月6日 申請日期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, 王昌洪 申請人:中鐵隧道集團有限公司, 中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司