[發明專利]一種鉆爆隧道分臺階開挖拱頂沉降自動監測系統

在審

• 申請號: 202011056398.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112461193A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 耿淑琴;李雪峰;彭曉宏;王杰;魯航;李朋昆;朱榮豪
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種鉆爆隧道分臺階開挖拱頂沉降自動監測系統，拱頂沉降自動監測系統主要由顯示模塊、由FPGA構成的控制模塊、無線收發模塊、液壓檢測模塊、儲液模塊、供電模塊組成。儲液模塊及液壓檢測模塊測量拱頂位移數據，通過無線收發模塊傳輸給由FPGA構成的控制模塊處理后由顯示模塊輸出測量斷面里程、瞬時沉降值、累計沉降值等信息。通過以上所有模塊的配合，實現了一種具有實時監測，隨挖隨測功能的拱頂沉降自動監測系統。

技術領域

本發明涉及隧道監控量測領域，具體涉及一種鉆爆隧道分臺階開挖拱頂沉降自動監測系統。

背景技術

鉆爆隧道在軟弱圍巖中一般采用分臺階的開挖方法，圍巖受到多次擾動使隧道初次支護產生變形，影響施工安全。對隧道拱頂沉降進行實時監測，可以有效的了解圍巖的動態變化，預測支護變形的發展趨勢，指導施工計劃，保障施工安全。

目前在隧道施工現場仍廣泛使用精密水準儀掛尺測量及全站儀測量這兩種方法。這兩種測量方法存在以下共同缺點：對測量人員數量需求較高，一個測量班組至少需要2人，一條隧道至少需要2個測量班組，若遇上地質條件較差，隧道變形較大時，需要提高測量頻率，則需安排更多的測量人員。同時精密水準儀掛尺測量還存在掛尺困難，占用施工通道的問題。而全站儀測量存在對點時間長，對點誤差大等缺點。

近來有使用布置激光基準點測量拱頂沉降的全自動測量系統出現。但是此系統存在局限性，主要如下：

1、激光基準點在施工中容易被擾動。隧道施工中，施工車輛的車輛振動，爆破沖擊波，會使激光基準點發生位移使測量結果出現巨大的誤差。

2、洞內揚塵很大，特別是在爆破后出渣及噴射混凝土時，洞內可見度非常低，一般只有3到5米，會使激光無法穿透揚塵從而無法實現對拱頂下沉的實時測量。

綜上所訴，現有監測方法在實時監測上存在局限性，且無法用于對開挖施工面拱頂沉降的監測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉆爆隧道分臺階開挖拱頂沉降自動監測系統。拱頂沉降自動監測系統主要由顯示模塊、由FPGA構成的控制模塊、無線收發模塊、液壓檢測模塊、儲液模塊、供電模塊組成。儲液模塊及液壓檢測模塊測量拱頂位移數據，通過無線收發模塊傳輸給由FPGA構成的控制模塊處理后由顯示模塊輸出測量斷面里程、瞬時沉降值、累計沉降值等信息。

為解決上述問題和實現上述功能，本發明采取的技術方案如下：

1、儲液模塊與液壓檢測模塊相連。液壓檢測模塊測量出壓強并把壓強值轉化為電信號。當拱頂沉降時，儲液模塊的液面高度發生變化，液壓檢測模塊便可檢測到不同的壓強值。

2、供電模塊安裝有大容量的蓄電池，為無線收發模塊及液壓檢測模塊供電，并通過人工充電的方式實現系統的持續運行。

3、無線收發模塊把液壓檢測模塊得到的液壓值和供電模塊的電量值傳輸給由FPGA構成的控制模塊。

4、由FPGA構成的控制模塊把接收到的壓強數據進行處理，得到拱頂沉降的位移信息連同電量信息傳輸給顯示模塊，從而使施工人員了解圍巖的動態變化，預測支護變形的發展趨勢。

本發明具備以下有益效果：

1、本發明通過液壓的方式測量拱頂沉降，有效避免了洞內揚塵對測量的干擾。同時使用噴射混凝土對儲液模塊進行覆蓋，使其免受爆破沖擊對模塊的損害，真正實現了實時監測，隨挖隨測的功能。且有效減少人員投入，提高了測量頻率及測量精度。并能夠在分臺階開挖第一階段就可以進行監測，給與施工指導(包括臺階長度，二次襯砌施作進度等)。

2、本發明通過供電模塊供電，省去了電纜線的布置，節約了成本，且避免了電纜線在施工中易破損漏電的缺點，帶來了施工安全。