[發(fā)明專利]一種用于連續(xù)監(jiān)測隧道收斂的測量系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108489449B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設計）人: 焦華喆;劉晨生;陳峰賓;陳新明;楊亦軒;王金星
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01B21/02
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

本發(fā)明提出了一種用于連續(xù)監(jiān)測隧道收斂的測量系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有隧道監(jiān)測手段操作復雜，效率不高，難以保證監(jiān)測質(zhì)量和確保施工安全的問題。測量系統(tǒng)包括滑輪、導線、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)采集站和存儲模塊，滑輪固定在隧道的監(jiān)測點上，監(jiān)測點組成開放多邊形，導線的一端固定在開放多邊形的一端，導線依次設在各個監(jiān)測點的滑輪上，導線的末端固定有將導線保持拉近狀態(tài)的配重塊；設置在監(jiān)測點上的數(shù)據(jù)采集模塊用于檢測開放多邊形的各段邊長距離和角度，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)采集站相連接，數(shù)據(jù)采集站與存儲模塊相連接，存儲模塊與上位機相連接；根據(jù)測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)確定隧道收斂的測量方法。

技術領域

本發(fā)明涉及隧道監(jiān)測的技術領域，尤其涉及一種用于連續(xù)監(jiān)測隧道收斂的測量系統(tǒng)及方法。

背景技術

隨著我國基礎設施建設的快速發(fā)展，隧道建設數(shù)量和規(guī)模在不斷擴大。隧道屬于地下隱蔽工程，地下地質(zhì)條件復雜，其存在許多潛在、無法預知的地質(zhì)因素。有的隧道規(guī)模較大，可長達幾公里數(shù)十公里，往往穿越許多不同的環(huán)境空域和時域，稍有不慎，就會造成塌方、沉陷、突泥涌水、支護結(jié)構(gòu)變形、人員傷害等，進而影響隧道安全。為了確保隧道工程安全、及時預報險情，監(jiān)控量測已成為隧道施工中保證施工質(zhì)量、施工安全的重要技術措施。但目前隧道安全監(jiān)測技術手段、標準建設等方面仍處于探索階段，使用的監(jiān)測手段操作復雜，效率不高，且難以保證監(jiān)測質(zhì)量和確保施工安全。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有隧道監(jiān)測手段操作復雜，效率不高，難以保證監(jiān)測質(zhì)量和確保施工安全的技術問題，本發(fā)明提出一種用于連續(xù)監(jiān)測隧道收斂的測量系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)隧道連續(xù)性全覆蓋的實時監(jiān)測，操作簡單快捷，適用于不同隧道截面，且工作過程中不影響其有效橫截面，不會阻礙隧道周邊工程的正常施工。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：一種用于連續(xù)監(jiān)測隧道收斂的測量系統(tǒng)，包括滑輪、導線、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)采集站和存儲模塊，所述滑輪固定在隧道的監(jiān)測點上，監(jiān)測點組成開放多邊形，導線的一端固定在開放多邊形的一端，導線依次設在各個監(jiān)測點的滑輪上，導線的末端固定有將導線保持拉近狀態(tài)的配重塊；設置在監(jiān)測點上的數(shù)據(jù)采集模塊用于檢測開放多邊形的各段邊長距離和角度，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)采集站相連接，數(shù)據(jù)采集站與存儲模塊相連接，存儲模塊與上位機相連接。

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括箱體、第一編碼器、第二編碼器、第三編碼器和PIC微處理器，箱體通過膨脹螺栓固定在隧道上，箱體下部的兩側(cè)設有導線出口和導線進口；所述第一編碼器、第二編碼器和第三編碼器均與PIC微處理器相連接，PIC微處理器與數(shù)據(jù)采集站相連接；第一編碼器、第二編碼器、第三編碼器和PIC微處理器均固定在箱體內(nèi)，第一編碼器和第二編碼器位于滑輪的兩側(cè)、用于測量每個滑輪旋轉(zhuǎn)的角度及每個相鄰監(jiān)測點之間導線相對于垂直線形成的角度，第三編碼器位于滑輪的上部、用于測量每個相鄰監(jiān)測點之間導線的位移。

所述導線出口和導線進口為長條形開口；所述監(jiān)測點設置在弓形的隧道的橫截面上；監(jiān)測點的個數(shù)根據(jù)隧道橫截面的大小來確定。

所述PIC微處理器與電子電路相連接，電子電路和PIC微處理器相配合監(jiān)視第一編碼器、第二編碼器和第三編碼器的上升沿和下降沿。

所述存儲模塊通過RS485網(wǎng)絡端口與上位機相連接，存儲模塊通過RS485網(wǎng)絡端口與數(shù)據(jù)采集站相連接。

所述監(jiān)測點的數(shù)量設有5個、包括監(jiān)測點P₁、P₂、P₃、P₄和P₅，配重塊的質(zhì)量為4kg。

確定隧道收斂的測量方法為：

步驟一：對所有監(jiān)測點P_i點的初始位置進行初步調(diào)查：確定在瞬時t＝0相鄰監(jiān)測點之間各段導線的初始長度并以監(jiān)測點P₁為參考點，確定其余各監(jiān)測點的位置長度

步驟二：確定每個監(jiān)測點P_i的笛卡爾坐標：