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专利名称：一种tbm隧道净空位移监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于TBM及盾构施工环境下隧道净空位移量测 的隧道施工监测系统。
背景技术：
TBM (隧道掘进机)施工中，由于掘进机及后配套设备几乎占据隧道开 挖面后方160 170m范围的整个空间，在这一长度范围内用现有隧道监测 方法进行隧道净空位移量测很难有效实施。如果采用常规的收敛计和水准 仪有尺量测，以及全站仪无尺量测等手段，由于掘进机及后配套设备的阻 挡，在该范围内均难以发挥作用。因此，国内外资料及工程实例显示，目 前在TBM施工条件下进行隧道净空位移监测的经验十分缺乏。为了解决掘 进机及后配套设备范围内的净空位移量测，确保施工隧道安全，针对TBM 施工条件下的隧道监测技术需要有所突破和创新。 发明内容
本实用新型的发明目的在于提供一种适用于TBM施工环境下的隧道 净空位移监测系统，用于测定掘进机及后配套设备范围内隧道拱顶竖向位 移和两侧边墙水平位移，从而解决常规有尺量测以及全站仪无尺量测等手 段受掘进机设备阻挡无法实施的难题。
本实用新型的发明目是通过实施下述技术方案来实现的 一种TBM隧道净空位移监测系统，包括有预埋件埋设杆、测点件、耙 器和激光源，其特征在于三只预埋件埋设杆，分别固定在紧贴掘进机刀 盘护盾尾部的拱顶和两侧边墙最大跨度处的岩面上；测点件的后部套装固 定在预埋件埋设杆的端头上，测点件的前端与靶器对中固定并可拆卸；激 光源安装在测点件后方不小于5倍洞径的稳定地段处并与靶器准直；所述与测点件前端对中固定并可拆卸的靶器，是由靶标、测量�？楹突�尺三块 组件组成，靶标在上、测量�？樵谙铝秸吖钩梢惶澹�套装在水平滑尺上滑 动，其水平滑尺一端与测点件前端对中固定并可拆卸；所述激光源与耙器 准直是指激光源中的激光器与靶器上的靶标准直。
所述测点件为直柱形金属件，通过其后端制有的内螺纹套接固定在预 埋件埋设杆顶部外螺纹上，通过其前端设置的高能磁芯及定位销，与耙器 中的水平钢滑尺的一端吸附并使之强制对中固定。
所述激光源，由高性能小光斑准直激光器、支架和预埋件埋设杆组成， 激光器通过万向球铰设置在支架上并通过锁紧旋钮定位，支架通过预埋件 埋设杆固定在测点件后方不小于5倍洞径的稳定地段上。激光器通过万向 球铰可实现在水平面内360°转动和在竖直平面内实现与水平面上、下30° 转角。
本TBM隧道净空位移监测系统的工作原理在于-
当掘进机推进时，围岩变形使靶器随之位移，此时只须滑动(手动/电 动)靶器上的靶标使其对准激光器发出的光斑，即可直接由耙器上的测量 模块测量并读出位移量。
本实用新型的优点在于1)由于靶器为快速装卸的移动式结构，仅在 量测时安装在测点件上，测完即取下，使整个量测过程用一只耙器即可完 成所有测点的量测任务，具有不受施工干扰(尤其是掘进机撑靴移位以及 喷射混凝土、架设钢架等环节)和成本低廉的特性；2)由于靶器采用主动 寻的测量方式测定位移量(重复性精度〈0.5mm)，具有PSD、 CCD等片式阵 列元件的激光位移系统所不具备的大量程位移量测特性(〉150mm)，尤其 适合于软弱围岩的变形监测任务；3)所述靶器操作简便，整个量测过程只 需一人即可完成(而常规有尺量测一般需要两人才能完成)；4)耙器上的 测量�？椴捎玫缱邮�字显示方式，方便读取数据且具有较高的位移分辨率 (0.01mm); 5)为配合靶器快速装卸的移动测量特性，测点采用磁性结构，其上嵌入高能磁芯和定位销，使靶器吸附并强制对中，所述测点可回收重
复使用；6)为适应滑动式靶器主动寻的测量方式，激光源采用高性能小光 斑准直激光器，具有热稳定性好、射程内光束无抖动且发散小、光斑边缘 清晰的特性，可提高靶器寻的精度；同时，激光器支架采用万向球铰，可 在水平方向360°、竖直方向±30°范围任意旋转激光器，便于基准光束定 位时对准靶器；7)激光源和测点件的安装极为简单，均只需在岩面上钻一 个安装孔即可。总之，本系统突出优点是系统结构简单、操作简便、成 本低廉、量测精度满足使用要求，可实现TBM施工环境下的净空位移监测。

图1为本实用新型监测系统纵向布置视图，图2为图1的横断面视图
图3为本实用新型监测系统中靶器及测点件结构图4为本实用新型监测系统中准直激光源结构图。
图中标记1为靶器，2为激光源，3为构成耙器的耙标组件，4为预 埋件埋设杆，5为固定预埋件埋设杆的顶紧螺母，6为测点件，7为磁性溯 点上的定位销，8为磁性测点上的高能磁芯，9为构成耙器的测量�？樽榧�， IO为构成靶器的滑尺，11为高性能小光斑准直激光器，12为激光器支架上 的万向球铰，13为激光器支架，14为激光器支架上的万向球铰锁紧旋钮。 A为拱顶，B为边墙最大跨度处，C为刀盘护盾，D为洞径。
具体实施方式

TBM隧道净空位移监测系统，由金属预埋件埋设杆4、直柱状金属测点 件6、耙器1和激光源2组成；三只金属预埋件埋设杆4，分别固定在紧贴 掘进机刀盘护盾C尾部的拱顶J和两侧边墙最大跨度处B的岩面上；直柱 状金属测点件6的后端，通过其内螺纹套装固定在金属预埋件埋设杆4端 头外螺纹上，直柱状金属测点件6通过其前端头上的高能磁芯8和定位销7 与耙器1中的水平钢滑尺10的后端头吸附并强制对中；激光源2安装在直 柱状金属测点件6后方不小于5倍洞径Z)的稳定地段处并与靶器1准直；所述与直柱状金属测点件6前端头吸附并强制对中的靶器1，是由耙标3、 电子数字显示测量�？�9和水平钢滑尺10三块组件组成，靶标3在上、电 子数字显示测量模块9在下、两者构成一体，套装在电子数字显示测量模 块9上的水平钢滑尺10，其后端与直柱状金属测点件6前端的高能磁芯8 和定位销7吸附并强制对中；所述激光源2与靶器1准直，是指激光源2 的激光束与靶器1上的靶标3准直。
所述激光源2，由高性能小光斑准直激光器、支架13和预埋件埋设杆 4组成，激光器2通过万向球铰12设置在支架13上并通过锁紧旋钮14定 位，支架13通过预埋件埋设杆4固定在直柱状金属测点件后方不小于5倍 洞径的稳定地段上。激光器2通过万向球铰12可在水平面内转动360°，在 竖直面内实现与水平面上、下转角30°。
如图1所示，紧贴掘进机刀盘护盾C尾部，分别在拱顶^和两侧边墙 最大跨度处B岩面安装靶器1，在其后方距离丄^5￡>的相同点位安装准直 激光源2,后者发出基准光束通过掘进机与隧道周边之间纵向通视空间射向 靶器1。当掘进机推进时，围岩变形使靶器1随之位移，滑动(手动或电动) 耙器1上的耙标3对准光斑(刻线对准或线阵元件控制)，由测量�？�9测 量和读出位移量。位移测量的重复性精度〈0.5mm (40m基线场检定)，位移 分辨率0.01mm。位移量程>150咖。
所述靶器1采用快速装卸的移动式结构，仅在量测时通过磁性和定位 销强制对中安装在测点6上，测完即取下，可避免掘进机撑靴移位以及喷 混凝土、架设钢架等施工环节的干扰，并使整个量测过程仅用一只靶器即 可完成所有测点的量测任务。同时，靶器1采用主动寻的测量方式，具有 PSD、 CCD等片式阵列元件的激光位移系统不具备的大量程位移量测特性， 尤适应软弱围岩的变形监测要求。所述测点6采用磁性结构，其上嵌入高 能磁芯8和定位销7，用于吸附靶器1并使之强制对中。测点6通过螺纹与 预埋件埋设杆4连接并用顶紧螺母5紧固，量测终止时可卸下重复使用。所述准直激光源2采用高性能小光斑准直激光器11，基准光束的有效 射程为40 60m (适用洞径8 10m的隧道净空位移监测)，有效射程内光斑 直径5 10mm、边缘清晰、无抖动。激光器支架13采用万向球铰12，可在 水平方向360° 、竖直方向±30°范围任意旋转激光器，便于基准光束定位 时对准靶器1，基准光束定位后即用锁紧旋钮14锁定万向球铰12。
所述测点6和激光器支架13的预埋件均采用相同的埋设杆4，其埋设 只需在岩面上钻一个016安装孔即可。
所述装置的安装、量测以及预埋件的埋设，均利用掘进机及后配套设 备提供的平台进行，其中电动和线阵元件控制的耙器具有遥测特性，其量 测无需利用上述平台。
权利要求1、一种TBM隧道净空位移监测系统，包括有预埋件埋设杆(4)、测点件(6)、靶器(1)和激光源(2)，其特征在于三只预埋件埋设杆(4)，分别固定在紧贴掘进机刀盘护盾(C)尾部拱顶(A)和两侧边墙最大跨度处(B)的岩面上；测点件(6)的后部套装固定在预埋件埋设杆(4)的端头上，测点件(6)的前端与靶器(1)对中固定并可拆卸；激光源(2)安装在测点件(6)后方不小于5倍洞径(D)的稳定地段处并与靶器(1)准直；所述与测点件(6)前端对中固定并可拆卸的靶器(1)，是由靶标(3)、测量�？�(9)和滑尺(10)三块组件组成，靶标(3)在上、测量模块(9)在下、两者构成一体，套装在水平滑尺(10)上滑动；所述激光源(2)与靶器(1)准直，是指激光源(2)中的激光器(11)与靶器(1)上的靶标(3)准直。
2、 根据权利要求1所述的一种TBM隧道净空位移监测系统，其特征在于所述测点件(6)为直柱形金属件，通过其后端制有的内螺纹套接固定在预埋件埋设杆(4)顶部外螺纹上，通过其前端设置的高能磁芯(8)及定位销(7)，与耙器(1)中的水平钢滑尺(10)的一端吸附并强制对中固定。
3、 根据权利要求1所述的一种TBM隧道净空位移监测系统，其特征在于所述激光源(2)，由高性能小光斑准直激光器(11)、激光器支架(13)和预埋件埋设杆(4)组成，激光器(11)通过万向球铰(12)设置在激光器支架(13)上并通过锁紧旋钮(14)定位，激光器支架(13)通过预埋件埋设杆(4)固定在测点件(6)后方不小于5倍洞径的稳定地段上。
专利摘要本实用新型公开一种TBM隧道净空位移监测系统，包括有预埋件埋设杆、测点件、靶器和激光源；三支预埋件埋设杆分别固定在紧贴掘进机刀盘护盾尾部拱顶和两侧边墙最大跨度处的岩面上；测点件后部套装固定在预埋件埋设杆端头上，测点件前端与靶器对中固定并可拆卸；激光源安装在测点件后方不小于5倍洞径的稳定地段处并与靶器准直；所述靶器是由靶标、测量�？楹突�尺三块组件组成，靶标在上、测量�？樵谙铝秸吖钩梢惶澹�套装在测量�？樯系幕�尺，其后端与测点件前端对中固定并可拆卸；激光源与靶器准直是指激光器与靶器上的靶标准直。优点是采用主动寻的结构，具有大量程特性，可适应围岩大变形监测任务；同时，系统结构简单、操作简便、成本低廉、量测精度满足使用要求，可实现TBM施工环境下的净空位移监测。
文档编号G01B11/02GK201262546SQ20082006291
公开日2009年6月24日 申请日期2008年4月14日 优先权日2008年4月14日
发明者任和东, 冶 宋, 刚 王 申请人:中铁西南科学研究院有限公司