[發明專利]一種隧道截面收斂變形監測裝置及監測方法

在審

• 申請號: 202310411488.6
• 申請日: 2023-04-17
• 公開（公告）號: CN116399252A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 尤潤州;任亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 劉鑫

本發明提供一種隧道截面收斂變形監測裝置及監測方法，監測裝置包括傳感單元和若干魚眼軸承支座；所述傳感單元包括與隧道截面具有相同弧長和彎曲半徑的弧形薄壁矩形方管和依次間隔地設于弧形薄壁矩形方管上的若干組應變傳感器；若干魚眼軸承支座依次間隔地連接于弧形薄壁矩形方管上，所述魚眼軸承支座連接固定在隧道截面內表面上。監測裝置與隧道截面變形一致，應變傳感器獲得傳感單元各測點應變信息，結合監測方法，實現隧道截面收斂變形實時監測。本發明監測裝置及監測方法具有適應性強、計算效率高、實時性好、受環境因素影響小等優點。

技術領域

本發明屬于隧道變形監測技術領域，具體為一種隧道截面收斂變形監測裝置及監測方法。

背景技術

近十年來，我國隧道工程建設事業高速發展，隧道數量和建設規模位居世界前列。然而，由于地質條件變化、地質災害、車輛等外界因素影響，隧道在運營過程中極易發生襯砌裂損、滲漏水、混凝土塊剝落等局部損傷，威脅隧道結構運營安全。隧道截面收斂變形作為隧道結構在各種因素綜合作用下最直觀的響應參數之一，其精準監測對隧道安全性評估至關重要。

目前，隧道截面收斂變形監測技術可以分為點式監測技術和分布式監測技術。點式監測技術包括：收斂計、水準儀、全自動全站儀和傾斜儀等。該類技術可以實現隧道截面某些關鍵節點收斂變形的準確測量，然而難以準確刻畫隧道截面整體變形形狀，而且需要人工操作，導致測量效率低、實時性差。分布式監測技術包括：近景攝影測量技術、三維激光掃描技術和機器視覺測量技術等。該類技術解決了點式監測技術測量數量少的問題，但是基于光學檢測原理的測量方法適用性較差，在光線較暗、空間狹窄、可視度差的復雜地下隧道環境下，該類技術會出現較大的測量誤差。

發明內容

針對上述現有技術中的缺陷與不足，本發明提供一種隧道截面收斂變形監測裝置及監測方法，將隧道截面收斂變形監測問題轉化為隧道截面收斂變形監測裝置中傳感單元的變形求解問題，適應性強、計算效率高、實時性好、受環境因素影響小。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種隧道截面收斂變形監測裝置，包括傳感單元和若干魚眼軸承支座；所述傳感單元包括與隧道截面具有相同弧長和彎曲半徑的弧形薄壁矩形方管和依次間隔地設于弧形薄壁矩形方管上的若干組應變傳感器；若干魚眼軸承支座依次間隔地連接于弧形薄壁矩形方管上，所述魚眼軸承支座連接固定在隧道截面內表面上。

進一步的，每組應變傳感器均包含分別安裝在弧形薄壁矩形方管上下外表面的兩個應變傳感器。

進一步的，還包括若干內螺紋圓柱銷，所述弧形薄壁矩形方管通過內螺紋圓柱銷與魚眼軸承支座連接。

進一步的，所述內螺紋圓柱銷由弧形薄壁矩形方管一側表面貫穿至弧形薄壁矩形方管另一側表面，且其兩端螺紋端均延伸出弧形薄壁矩形方管。

進一步的，所述魚眼軸承支座包括一連接鋼板以及分設于連接鋼板兩側的兩個球頭連桿魚眼軸承，兩側的球頭連桿魚眼軸承各自與對應側的內螺紋圓柱銷螺紋端連接。

本發明還提供一種隧道截面收斂變形監測方法，包括如下步驟：

步驟1：建立空間直角坐標系x-y-z。沿傳感單元左右端節點連線建立x軸，沿傳感單元拱頂方向建立y軸，根據右手螺旋法則確定z軸，坐標系原點位于傳感單元截面中心處；

步驟2：建立弧坐標s。沿傳感單元弧長方向建立自然坐標軸，坐標原點位于傳感單元左端節點；

步驟3：根據非均勻有理B樣條理論，傳感單元在空間直角坐標系x-y-z中任意一點坐標表示為：