[發明專利]一種隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 202111162160.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113884055A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 張瑩濤;魏磊;戴沛冰;張維存;戴培豪;馬志華;武朝輝;厲衛;繆興強;陳向飛
• 申請（專利權）人: 河南省水利第一工程局
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00
• 代理公司: 鄭州中科鼎佳專利代理事務所(特殊普通合伙) 41151
• 代理人: 蔡佳寧

一種隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測系統及監測方法，包括地表沉降監測網、主站、智能移動終端，地表沉降監測網、智能移動終端與主站通過5G公網與主站通信連接；地表沉降監測網包括監測網主機、光電高度尺組件，監測網主機、光電高度尺組件固定設置在隧洞進出口監測斷面地表的設定位置，兩者之間通過微功率無線通信連接；地表沉降監測網工作時，監測網主機以設定周期發射水平線狀激光，照射在光電高度尺組件上，光電高度尺組件檢測水平線狀激光照射位置，實現隧洞施工過程洞口段地表沉降數據的自動采集；地表沉降監測網自動采集的地表沉降數據經5G公用通信網絡傳輸給主站，經數據計算處理，實現隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測。

技術領域

本發明涉及水利工程隧洞施工過程安全監測技術領域，具體涉及一種隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測系統及監測方法。

背景技術

水利工程隧洞施工過程中，需動態對隧洞內外狀況進行監測，以保證水利工程隧洞施工過程的安全性；其監測內容包括圍巖巖性、斷層分布、地下水情況、工作面穩定狀態、支護穩定性、隧洞口及施工區域地表沉降、洞臉邊坡穩定性、地表水滲透等，因此監測工作量十分巨大；但現有水利工程隧洞施工過程中內外狀況的監測多依賴人工進行，因監測工作量巨大，只能以一定周期進行，無法做到實時動態監測，因此也無法實時掌握隧洞內外狀況，實際仍存在一定的安全隱患；因此如何通過現代技術手段取代人工，對水利工程隧洞施工過程進行全方位、實時動態安全監測，是未來水利工程隧洞施工亟待解決的重要問題。

發明內容

為了克服背景技術中的不足，本發明公開了一種隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測系統，包括地表沉降監測網、主站、智能移動終端，地表沉降監測網、智能移動終端與主站通過5G公網與主站通信連接；地表沉降監測網包括監測網主機、光電高度尺組件，監測網主機、光電高度尺組件固定設置在隧洞進出口監測斷面地表的設定位置，兩者之間通過微功率無線通信連接；地表沉降監測網工作時，監測網主機以設定周期發射水平線狀激光，照射在光電高度尺組件上，光電高度尺組件檢測水平線狀激光照射位置，實現隧洞施工過程洞口段地表沉降數據的自動采集；地表沉降監測網自動采集的地表沉降數據經5G公用通信網絡傳輸給主站，經數據計算處理，實現隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測，使水利工程隧洞施工過程的安全性得到極大保證。

為了實現所述發明目的，本發明采用如下技術方案：一種隧洞施工過程洞口段地表沉降動態監測系統，包括地表沉降監測網、主站、智能移動終端，地表沉降監測網、智能移動終端與主站通過5G公網與主站通信連接；

地表沉降監測網包括監測網主機、光電高度尺組件，光電高度尺組件設置有若干個，監測網主機、若干個光電高度尺組件通過預埋的混凝土樁固定設置在隧洞進出口監測斷面地表的設定位置，兩者之間通過微功率無線通信連接，監測網主機與光電高度尺組件之間以主從、單雙工、點對點通信模式，構成微功率無線通信網絡，監測網主機與光電高度尺組件之間通信時，由監測網主機以廣播命令的方式發起，光電高度尺組件依序應答，監測網主機回復確認；在非通信狀態時，監測網主機與光電高度尺組件均處于間斷偵聽模式，以延長電池使用壽命；當光電高度尺組件出現異常時，如電池電壓過低，可主動上報異常；地表沉降監測網工作時，監測網主機以設定周期發射水平線狀激光，照射在若干個光電高度尺組件上，若干個光電高度尺組件檢測水平線狀激光照射位置；當隧洞進出口監測斷面地表出現沉降時，若干個光電高度尺組件設置的海拔高度隨著發生變化，線狀激光照射在若干個光電高度尺組件上的位置也發生相應變化，若干個光電高度尺組件檢測出的水平線狀激光照射位置的變化量，通過微功率無線、5G公網依次傳輸給監測網主機、主站，主站通過計算若干個光電高度尺組件水平線狀激光照射位置的變化量，計算得到的隧洞進出口監測斷面地表的整體沉降情況；監測網主機的監測周期可通過主站進行調整，如發現隧洞進出口監測斷面地表的沉降接近設定值或沉降速率加快時，調整縮短監測網主機的監測周期，以便實時掌握隧洞進出口監測斷面地表沉降變化狀況；另外，監測網主機發射的水平線狀激光調制有編碼信號，以增強光電高度尺組件對環境光的抗干擾能力；

智能移動終端可登陸主站，隨時查看隧洞進出口監測斷面地表的整體沉降情況。