[發明專利]一種隧道施工斷面形態快速檢測系統及其檢測方法

在審

• 申請號: 201710266829.X
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107246848A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 榮耀;徐義標;姚旭朋;房丹
• 申請（專利權）人: 江西省高速公路投資集團有限責任公司;江西省交通科學研究院;上海亦古信息科技有限公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01C11/04
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所36111
• 代理人: 羅茶根

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，具體涉及一種隧道施工斷面形態快速檢測系統及其檢測方法，尤其是一種采用環形激光線作為輔助結構光源的一種一次性拍攝反映山嶺隧道施工斷面形態的快速檢測系統及其非接觸式量測方法。

背景技術

隨著社會經濟水平的持續發展和人們對生活質量要求的不斷提高，中國的交通運輸及工程建設規模與數量在總體上呈現出不斷增長的趨勢。而且，我國是個多山的國家，無論是高速公路建設還是鐵路的建設，都需要大量隧道來滿足速度、線路和線型的需求。

山嶺隧道的修建通常都采用礦山法，該方法的主要特點是通過在巖體內部“打眼放炮”的鉆爆法施工來完成開挖作業的。隧道施工過程中，通常要穿越巖體和巖性類型變化、解理裂隙分布不均的地質地層條件。因此造成隧道內側壁圍巖的超欠挖現象，影響隧道斷面開挖的質量。超欠挖現象如果在初期支護不能很好的處理，直接影響隧道初期襯砌和二次襯砌等永久結構的質量，也直接影響隧道的使用壽命。同時，隧道二次襯砌施工的時機通常是在隧道開挖后圍巖變形穩定的基礎上，超前的二次襯砌施工將會造成過多的圍巖壓力施加在二次襯砌上，也將會在運營期對二次襯砌的使用壽命造成影響。因此，在隧道施工階段，圍巖超欠挖以及隧道收斂變形的量測都尤為關鍵，都關系到隧道長期運營的安全。

在采用礦山法施工隧道中，圍巖超欠挖以及隧道收斂變形的量測主要通過以下兩種方式實現：一種在隧道斷面的收斂量測中實現且主要采用收斂計的方式，該方法是通過在隧道內壁圍巖或初期支護特定部位設置固定的標識和具有懸掛功能的點位，然后通過收斂計量測多個點位之間距離，然后通過三角形邊長變化的方式來實現的。收斂計測量主要存在以下幾個問題：（1）標識和具有懸掛功能點位因為設置在圍巖或初期支護上容易脫落；（2）隧道斷面太大造成現場量測和儀器設備懸掛不變；（3）掌子面圍巖爆破后需要在出碴和通風工作完成后才具有操作的條件和空間，因此該方法容易造成量測工作延遲甚至失效等問題。另外一種是斷面檢測儀測量隧道斷面及圍巖收斂：該方法通過設置測點數量，主機旋轉測量得到圍巖斷面形狀與標準斷面相比較得出圍巖超欠挖情況，或用相同方式多次測定檢測斷面所布測點的寬度，通過前后所測數據的對比來確定圍巖收斂的具體數值。該方法主要存在以下問題：（1）需要對隧道內設置的測點采用間斷、逐點方式測量，較為費時；（2）斷面的測量點數有限，對斷面問題處有可能出現漏測，難以反映實際斷面的整體形態；（3）斷面儀要人工調平，且測點及數量的設置，操作方式及流程受測量人員主觀因素影響，不僅增加了洞內測量時間，同時人為因素影響大。

發明內容

為避免山嶺隧道鉆爆法施工過程中的超欠挖及斷面收斂量測存在的測量點定位和數據采集難度大、費時費力等問題，本發明提供一種施工斷面形態快速檢測系統及檢測方法。該方法是基于光電非接觸式量測的理念，建立在影像測量的技術上。

本發明采用以下技術方案：一種隧道施工斷面形態快速檢測系統，包括數據采集模塊和數據分析模塊；數據采集模塊由控制中心，調平控制中心，激光發射器（16）以及托架車（30）組成，調平控制中心包括操控部分，中央處理器（3），水平傳感器（21），壓力傳感器（10），FPGA（4），DAC（5），伺服驅動器（6），伺服電機（7）及對稱分布于托駕車（30）底部兩側的升降腿（9）組成；激光發射器（16）采用燕尾槽（40）固定托架車（30）前端橫梁處；操控部分包括控制面板（1）和軟件平臺（2）；數據分析模塊負責數據的儲存及后期內業隧道圖像數據的拼接擬合與計算分析。