[發(fā)明專利]隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710762858.5
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107355259B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉飛;宋京;趙汝亮;唐勇三;陳禮彪
• 申請（專利權(quán)）人: 長安大學(xué);福建省高速公路有限責(zé)任公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G01B11/16
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責(zé)任公司 61201
• 代理人: 申忠才

一種隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測系統(tǒng),包括掌子面前方拱頂預(yù)收斂監(jiān)測系統(tǒng)、掌子面后方拱頂收斂監(jiān)測系統(tǒng)、全站型電子測距儀，所述的全站型電子測距儀設(shè)置在隧道掌子面后方；本發(fā)明原理簡單，操作方面，可實(shí)現(xiàn)對隧道預(yù)收斂變形整個(gè)發(fā)展過程的監(jiān)測，彌補(bǔ)了現(xiàn)有監(jiān)測方法中只局限于掌子面后方拱頂收斂的不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道變形監(jiān)測裝置或設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

我國已成為世界上修建隧道數(shù)量最多、隧道修建技術(shù)發(fā)展最快的國家。隧道施工中，監(jiān)控量測是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，我國相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，隧道開挖(即掌子面通過)后必須對洞室拱頂收斂位移進(jìn)行監(jiān)測，以實(shí)時(shí)判斷隧道穩(wěn)定性、必要時(shí)修改設(shè)計(jì)。而實(shí)質(zhì)上，圍巖的變形在掌子面達(dá)到之前就已經(jīng)發(fā)生，有關(guān)理論將掌子面到達(dá)前拱頂位置產(chǎn)生的下沉定義為預(yù)收斂位移，將掌子面通過后的發(fā)生的拱頂下沉定義為收斂位移，預(yù)收斂位移和收斂位移組成了洞室最終的拱頂下沉量。因此，傳統(tǒng)監(jiān)控量測方法得到的只是拱頂下沉后期部分的位移，并未考慮掌子面通過前核心土的預(yù)收斂，而對于軟弱圍巖隧道，如果掌子面通過前產(chǎn)生過大的預(yù)收斂位移，掌子面通過后的監(jiān)測工作則無法改變事故的發(fā)生，甚至過大的預(yù)收斂會(huì)直接導(dǎo)致超前核心土的破壞。然而，目前隧道預(yù)收斂變形的概念主要停留在理念階段，大多數(shù)關(guān)于該方面的研究都是基于理論推導(dǎo)或數(shù)值計(jì)算手段進(jìn)行，而對于預(yù)收斂位移的現(xiàn)場量測缺少一種可廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程的手段。隨著我國隧道修建環(huán)境的不斷復(fù)雜，傳統(tǒng)的監(jiān)控量測方式已經(jīng)難以滿足隧道施工中穩(wěn)定性的要求，有必要提出一種隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述不足,提供一種成本低、操作簡單、可實(shí)現(xiàn)對拱頂收斂位移從掌子面到達(dá)前預(yù)收斂開始到掌子面通過后收斂趨于穩(wěn)定的全過程監(jiān)測，從而對隧道變形和圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行全方位地評判和預(yù)測的隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測系統(tǒng)及方法，適用于施工過程中掌子面處于開放狀態(tài)的各類隧道工程。

解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：隧道拱頂收斂全過程監(jiān)測系統(tǒng)包括掌子面前方拱頂預(yù)收斂監(jiān)測系統(tǒng)、掌子面后方拱頂收斂監(jiān)測系統(tǒng)、全站型電子測距儀，所述的全站型電子測距儀設(shè)置在隧道掌子面后方；所述的掌子面后方拱頂收斂監(jiān)測系統(tǒng)包括基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)和拱頂測點(diǎn)系統(tǒng)，所述的拱頂測點(diǎn)系統(tǒng)為等間距設(shè)置在掌子面后方拱頂位置的反光片，反光片與初支結(jié)構(gòu)固定連接，所述的基準(zhǔn)點(diǎn)系統(tǒng)為設(shè)置在掌子面后方已穩(wěn)定區(qū)域的反光片，所述全站型電子測距儀可精確測量兩點(diǎn)之間在豎直方向上的高差；

所述的拱頂預(yù)收斂監(jiān)測系統(tǒng)包括在開挖輪廓拱頂位置沿隧道軸線向隧道掌子面前方的鉆孔，鉆孔內(nèi)安裝有測量套管，測量套管一側(cè)綁扎有注漿管用于后期注漿固定，測量套管下端設(shè)置有密封尾管，測量時(shí)測量套管內(nèi)放入感應(yīng)探頭，感應(yīng)探頭的一端與操作桿相連接，感應(yīng)探頭通過電纜與設(shè)置在隧道掌子面處的測讀儀相連接，將感應(yīng)探頭測量到的數(shù)據(jù)傳輸給測讀儀，所述的電纜設(shè)置在電纜支架上，所述的測量套管的端口設(shè)置有預(yù)收斂定位組件，用于標(biāo)定測量套管掌子面端的豎向位移量。

本發(fā)明的感應(yīng)探頭包括金屬桿體，所述的金屬桿體的一端設(shè)置有緩沖橡膠墊、另一端設(shè)置有鉸接接頭和電纜接頭，所述的鉸接接頭與操作桿相連接，使感應(yīng)探頭可在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的電纜接頭一端與安裝在金屬桿體上的傾角傳感器相連接、另一端通過電纜與測讀儀相連接，將傾角傳感器測量到的水平傾斜角數(shù)據(jù)傳輸給測讀儀，所述的金屬桿體上安裝有四個(gè)導(dǎo)向輪，其中兩個(gè)導(dǎo)向輪安裝在金屬桿體的前端，另外兩個(gè)安裝在金屬桿體的后端，測量套管的內(nèi)壁上開設(shè)有與導(dǎo)向輪相適配的導(dǎo)向槽。

本發(fā)明的測量套管外側(cè)等間距設(shè)置有銅質(zhì)貼片，所述的銅質(zhì)貼片可和注漿管注入的水泥漿液粘結(jié)。

本發(fā)明的電纜支架包括支架本體，所述的支架本體下部設(shè)置有固定腳輪和支撐支座，上部設(shè)置有電纜收放輪，纏繞在電纜收放輪上的電纜一端通過設(shè)置在支架本體上的電纜導(dǎo)向圈與感應(yīng)探頭上的電纜接頭相連接、一端通過電纜接頭與測讀儀相連接，支架本體的頂部設(shè)置有抓手。