[發明專利]一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統

有效

• 申請號: 202011305149.2
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN112525092B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 韋猛;鄭明明;程錦中;李謙;陳臻林;宋宇
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01B11/24;G01N33/24;E21D9/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 何志欣

1.一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統，至少包括多個掃描儀和一個上位機，且上位機位于輔助推進油缸位置的護盾軸線處，其特征在于，所述掃描儀按照能夠利用臨時坐標系對隧道輪廓和巖貌特征進行掃描的方式安裝在輔助推進油缸截面處的護盾的各個觀測孔處，根據所需在護盾上鉆取觀測孔和安設快速安裝基座和軌道，在輔助推進油缸不影響安裝的情況下能夠直接將掃描儀快速安裝在基座上就位，且所述掃描儀通過下位機與上位機之間的無線通信進行信號傳輸；上位機與掃描儀在不同的隧道斷面內；

所述掃描儀的軟件模塊和硬件，軟件模塊包括圍巖輪廓掃描模塊、圍巖形貌觀測模塊、無線通信模塊和控制模塊，硬件包括測距儀、側斜儀、攝像頭、光源、電子伸縮和轉動平臺、電池、微處理器、信號調理和轉換電路，所述上位機由無線通信模塊、定位模塊、數據采集、處理、顯示模塊和數據存儲模塊組成，下位機封裝掃描儀內且由微處理器控制；

測距儀和測斜儀分別能夠獲取以電子伸縮和轉動平臺中心為臨時坐標原點的距離和角度信號，通過攝像頭和光源能夠對一定范圍內的圍巖的形貌進行實時拍攝與觀測；

電子伸縮與轉動平臺能夠實現不同工作方向的連續切換、伸出與縮回觀測孔，有助于測距儀和測斜儀工作位置的轉換，從而觀測一定范圍內的圍巖，電子伸縮和轉動平臺的運行狀態由上位機進行控制，其運行范圍在觀測孔處護盾的切線范圍內，測量范圍由觀測孔所處于護盾的位置決定；

其中，所述無線通信模塊負責接收掃描儀的掃描數據并將其傳輸給數據采集與處理模塊，處理部分包括信號的編譯、隧道斷面二維輪廓建立、隧道實際開挖面三維輪廓建立、圍巖形貌實時成像與隧道實際開挖面三維巖貌圖像拼接；

上位機中心為基準坐標系原點，其坐標通過隧道內激光導向系統中的安裝于管片上的激光指向儀的坐標進行標定，從而將地面監測控制網的坐標引入，掃描儀中心為臨時坐標系原點，隧道圍巖斷面輪廓測量數據使用極坐標進行表示。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統，其特征在于：所述掃描儀具有自診斷功能，在自身產生問題時能夠將問題報警信息及診斷信息通過下位機報告給上位機，方便做進一步處理與解決，同時微處理器完成數據的采集、發送以及接受上位機的指令，且整個掃描儀由高性能高溫鋰電池供電，能夠適應井下惡劣環境，從而實現自動啟動測量、結束測量、啟動數據傳輸、停止數據傳輸，接受上位機指令。

3.根據權利要求2所述的一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統，其特征在于，所述上位機按照能夠控制所述掃描儀中光源的亮度與觀測角度的方式對所述掃描儀觀測到的隧道的局部位置進行重點詳細觀測。

4.根據權利要求1所述的一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統，其特征在于，所述定位模塊主要是對護盾掘進機上觀測孔處的掃描儀進行角度和距離定位，所述數據采集模塊通過無線通信模塊獲取掃描儀采集的信號數據，通過處理模塊實現距離和角度的換算，生成隧道斷面二維輪廓圖和隧道實際開挖面三維模型，其中，所述處理模塊能夠對多個觀測孔拍攝的隧道圍巖巖貌圖像進行拼接，從而形成完整的隧道圍巖巖貌三維圖像。

5.根據權利要求4所述的一種基于雙護盾TBM工藝的隧道施工監測系統，其特征在于，通過雙護盾形成的兩個安裝方向上進行掃描儀安裝能夠避免輔助推進油缸的阻擋，傳輸過程中信號衰減較小，無線信號傳輸主要通過上位機和下位機中的無線通信模塊直接相連，實現角度、距離、圖像信號的傳輸，傳輸方式滿足使用環境的要求，均支持標準的通信協議，保證了系統的穩定性、可移植性和開發性，且無線通信技術為RFID、NFC、藍牙、ZigBee、WiFi或UWB中的任一種。