[發明專利]一種已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法

在審

• 申請號: 201710200547.X
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN106871858A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 丁智;王達;張霄
• 申請（專利權）人: 浙江大學城市學院
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 張羽振

技術領域

本發明涉及暗挖山嶺地鐵隧道基礎設施結構安全健康監測領域，具體而言是已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法。

背景技術

隨著我國城市化進程不斷加快，城市人口越來越多，這給城市交通帶來了巨大的壓力，地鐵因其快速、便捷、載客量大的優勢而應運得到推廣應用。一般地鐵隧道多處于地下土層之中，多采用盾構法施工，但是在一些特殊的區段和巖石地質中，往往需要穿山過巖采用暗挖法施工，這種地鐵隧道往往呈大徑距馬蹄形隧道，且采取一隧雙軌的模式，地鐵上行線與下行線處于同一隧道之中。

目前對于地鐵的監測多以監測盾構區間的變形監測為主，而對于暗挖山嶺地鐵隧道的變形監測則比較少，因此有必要開發一套針對暗挖山嶺地鐵隧道變形監測的系統及其測試方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定性好、測量精度高、環境適應能力強的基于物聯網的已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統及測試方法。

已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統，包括位移監測機器人工作站、監測棱鏡和自動化監測遠程主機；

所述位移監測機器人工作站由位移監測機器人、強制對中托架、電源通信箱、隧道內已有220V電源及相關電纜線組成；

所述監測棱鏡包括后視圓棱鏡和L形小棱鏡，所述L形小棱鏡安裝在地鐵的軌道板；所述后視圓棱鏡上下錯開安裝在襯砌處；位移監測機器人工作站通過后視圓棱鏡建立球坐標系作為監測控制網，并基于控制網坐標實時測量L形小棱鏡坐標變化；

所述位移監測機器人與電源通信箱內的通訊模塊相連，所述通訊模塊將實時球坐標無線反饋至計算機遠程端；

所述計算機遠程端包括：動態基準實時測量模塊，用于遠程控制位移監測機器人的測量作業，以及核查比對每個監測棱鏡的坐標位置；變形點監測分析模塊，用于將位移監測機器人測量的球坐標轉換成三維坐標，計算道床沉降值、道床差異沉降值、道床水平位移、隧道水平收斂，并按時間順序整理存儲。

作為優選：所述電源通信箱包含一個通訊模塊、一個位移監測機器人電源適配器、一個通訊模塊電源適配器及其相應電纜線。

已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統的測試方法，所述測試方法包括如下步驟：

1)于暗挖地鐵隧道軌行區內，安裝位移監測機器人工作站；

2)依據需要進行監測斷面的劃分，每個基準后視斷面布設錯開的2個后視圓棱鏡，單邊4個圓棱鏡，其中兩個登高安裝于隧道側壁；每個監測斷面布設6個L形小棱鏡；

3)第一次采集由人工依次操作位移監測機器人采集后視圓棱鏡坐標，繼而建立監測控制網，進行位移監測機器人的作業，再采集所有L形小棱鏡坐標；

4)導入第一次人工采集的坐標，通過計算機遠程端的動態基準實時測量模塊與隧道內通訊模塊的網絡連通，達到實時控制位移監測機器人監測的目的，而后續位移監測機器人監測成果也經由通訊模塊發送至計算機遠程端；

5)通過變形點監測分析模塊，查看經過自動換算的監測小棱鏡坐標；變形點監測分析模塊可以將位移監測機器人反饋得到的監測小棱鏡水平角、豎直角及斜距等球坐標換算為三維坐標；

6)將得到的模塊自動換算的三維坐標進行人工換算成各個監測項目的指標數值，所述監測項目包括道床沉降、道床差異沉降、道床水平位移、隧道水平收斂。

本發明的有益效果是:(1)測試場地不需要人員駐守，為自動化測量；(2)位移監測機器人的有效作業測量長度大，涵蓋多個傳統位移測量項目；(3)多點測量，點組位移組合比對可以分析得出整個暗挖地鐵隧道的位移變化；(4)本已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統通過計劃測量任務、即時測量任務等方式對地鐵隧道進行多點位實時監測，可以全天候、長時間的測試暗挖地鐵隧道結構的位移狀況。

附圖說明

圖1為暗挖地鐵隧道結構位移實時監測系統工作原理示意圖。

圖2為位移監測機器人工作站在暗挖地鐵隧道的安裝布局示意圖。

圖3為位移監測機器人工作站的電源通信箱結構布局示意圖。

圖4為通訊模塊各部件示意圖

圖5為位移監測機器人暗挖隧道內安裝位置示意圖。

圖6為暗挖地鐵隧道的監測小棱鏡斷面布置示意圖。

圖7為暗挖地鐵隧道軌行區內監測棱鏡及位移監測機器人工作站安裝位置平面示意圖。

圖8為本發明的已運營暗挖山嶺地鐵隧道結構位移實時監測系統測試方法操作流程示意圖。

具體實施方式