[發明專利]一種車載式隧道塌方監測預警系統及方法

有效

• 申請號: 201910388911.9
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110145366B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 許振浩;劉清瑤;王文揚;杜毓超;余騰飛;王孝特;石恒;謝輝輝
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;G01B11/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種車載式隧道塌方監測預警系統及方法，可以進行掌子面突出程度、隧道巖體穩定性等情況的全自動實時監測及數據分析并預測，從而預警塌方的發生，突破了與常規隧道工程洞周凈空收斂量測和地球物理探測的塌方預警模式，將預警機制轉移到掌子面突出度與突出速度的信息變化，并給出了精確探測手段，形成了全新的預警方案。車體部分完全通過控制模塊控制，無需進行手動調整及裝置的安裝及拆卸工作，節約人力且操作簡單便捷；解決了掌子面中軸變形預測預警的技術難題，裝置在隧道中軸定位實現了精確化。解決了以往隧道巖體變形監測方法中測得數據誤差大、且局限于隧道洞周位移量測的弊端，實現了對隧道掌子面突出變形的精確測量。

技術領域

本公開涉及一種車載式隧道塌方監測預警系統及方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

在隧道施工過程中，復雜的地質條件給隧道工程施工安全帶來了極大的挑戰。塌方，是最為常見的地質災害之一，其造成了工期延誤，設備損壞，為國家帶來了經濟損失；甚至造成了人員傷亡及工程報廢。

為避免塌方事故的發生，本領域的技術人員多從塌方災害處治、不良地質超前預報與隧道凈空收斂監控量測(隧道周邊相對位移)的三種角度解決塌方預防預警技術難題。

但是，據發明人了解，通過不良地質超前預報方式解決塌方預防預警問題，多存在僅超前地質預報與常規施工監控量測的相互輔助，難以避免塌方災害的發生，且超前預報中監控量測構成部分以隧道洞周相對位移為主，而隧道掌子面因支護情況較差，更易產生塌方。

以隧道周邊相對位移監測來進行塌方的預防方式的缺點在于：通過洞周變形監測位移，能夠監測拱頂沉降與周邊收斂帶來的塌方前兆信息，但是很多塌方是由開挖面開始呈現前兆信息的，因此該方案更多是用來監測支護后的支護效果，對于開挖后最危險的掌子面區域并未涉及監測預警，同時，這種方式的預警機制為凈空收斂變化，但隧道開挖總要產生一個較為快速的變形階段，因此單純的以凈空收斂速率為報警閾值的技術方案存在延誤工期的缺陷，這種方式不會涉及掌子面監測信息，而掌子面自穩能力較弱是隧道工程產生塌方的重要原因。

以監測掌子面沿隧道軸向變形的方法來進行塌方的預報，這種方式多采用沿掌子面布設反光片，其反光片與測距裝置的激光束垂直，在掌子面各個位置布設反光片，兩次測量的差值為掌子面沿隧道軸向位移，存在如下缺陷：1)隧道后方必然施做二次襯砌，如施做二次襯砌則激光測距儀將被拆卸，致使無法監測；需要人為調整，拆卸，安裝測距裝置，不可避免地對測距裝置產生擾動，會產生較大誤差；需沿隧道壁布設大量測距儀，若與掌子面各反光片垂直布設，則占用大量隧道后方凈空，致使前方無法施工，且施工臺車無法開入。

綜上所述，上述幾種方式在隧道塌方預警過程中都有比較大的限制和不足。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種車載式隧道塌方監測預警系統及方法，本公開可應用于任一隧道工程的開挖中，實現對掌子面突出程度、隧道巖體穩定性等情況的全自動實時監測、數據分析與預報預警。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種車載式隧道塌方監測預警系統，包括移動車輛，所述移動車輛上搭載有掌子面監測模塊、數據存儲模塊和處理器，其中：

所述移動車輛包括底盤和位于底盤下端的移動機構，所述底盤設置有車身主體，車身主體前端設置有測距機構，用于測定設置位置與掌子面的距離，所述移動機構上設置有角度測控器，分別通過角度控制移動機構的轉動以及與車身主體正前方的夾角，所述移動機構上還設置有行進距離測量機構，以測量移動機構的運動距離；