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专利名称：一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道变形的监控量测方法。特别是涉及一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法。
背景技术：
隧道在我国山区铁路、公路的修建中占有很大的比例。目前我国隧道工程普遍采用新奥法进行设计与施工，新奥法是依据力学方面的考虑，将支护结构与围岩结合起来，并进行现场隧道变形管理，形成一个完整的隧道动态设计与施工的概念。在施工阶段，应进行隧道变形监控量测，隧道变形监控量测的主要目的在于了解围岩稳定状态和初始支护、二衬结构的可靠程度，确保施工安全及结构的长期稳定性，为围岩级别变更、初期支护和二衬的参数调整提供依据，是实现信息化施工不可缺少的工序。所以，隧道变形监控量测工作的准确、及时与否，直接关系隧道施工的安全与进度。 目前，我国隧道变形监控量测普遍采用的仪器包括收敛计、水准仪(包括钢挂尺)和全站仪。采用这些仪器量测时，每次量测都需要人工操作仪器、读数、处理数据、传输数据，量测精度不高，尤其不能做到实时远程自动化监控量测，而且进行隧道变形监控量测与施工作业易发生干扰。对于运营中的地铁隧道变形监控量测，只能在夜间地铁停止运营期间进行监控量测。所以，急需研发出一种能24小时远程自动化监控量测方法。近几年，国内学者进行了采用激光雷达和激光测距仪对隧道变形监控量测的研究，虽然能做到实时自动化监控量测。但是，其测量误差较大，一般最高精度±3_，而技术规程要求的精度为O. 5_ 1_ ;另外，激光雷达和激光测距仪属于精密仪器，仪器昂贵，隧道施工期间环境恶劣(潮湿、爆破产生振动和粉尘)，很难在隧道变形监控量测得到应用。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以提高隧道变形测试精度，减少量测作业对隧道施工的干扰和实现隧道变形监控量测自动化的采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法。本发明所采用的技术方案是一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，包括如下步骤I)在监控量测的拱型隧道断面的拱顶设定拱顶测点，在拱型隧道断面上对称设定左测点和右测点，并连接左测点和右测点构成水平测线；2)在拱顶测点处采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置竖向连接杆；3)在竖向连接杆上通过接头或焊接方式固定位移传递杆；4)在位移传递杆与水平测线相交处通过接头固定第一基座；5)在左测点和右测点处分别采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置水平量测杆，在水平量测杆临近位移传递杆的一端通过接头固定设置第二基座；6)将位移传递杆与水平测线相交点分别设定为第一测点和第二测点；
7)在第一基座上或第二基座上固定位移传感器支架，在位移传感器支架上分别设置水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器；8)分别采用水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器量测左测点与第一测点之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，分别采用水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器量测右测点与第二测点之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB ；
9)根据左测点与第一测点之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，以及右测点与第二测点之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB判断隧道变形情况。10)分别算出左测点和右测点之间水平净空变化Wx，拱顶测点与水平测线之间竖向净空变化平均值Wy。步骤3)中所述的位移传递杆与拱型隧道的内侧面不发生接触。所述的位移传递杆和水平量测杆在同一个量测断面、且与隧道纵向轴线垂直。步骤3)中所述的位移传递杆为曲线形状或折线形状。步骤7)所述的位移传感器支架是通过磁力或螺栓固定在第一基座上或固定在第
二基座上。 步骤10)所述的水平净空变化Wx是由公式Wx=WxA+WxB得到。步骤10)所述的竖向净空变化平均值Wy是由公式Wy=O. 5 X (ffyA+ffyB)得到。步骤10)所述的隧道变形情况是当I Wxa I <0.70 I Wxb I，且I WyA I < O. 70 IWyB I时，隧道变形不对称；或当I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I时，隧道变形不对称。所述的水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器采用百分表、千分表、振弦式位移传感器和光纤光栅位移传感器中的一种。在人工采集数据时，所述的水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器采用百分表或千分表；在自动化监测量测时，所述的水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器米用振弦式位移传感器或光纤光栅位移传感器。当水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器米用光纤光栅位移传感器时，光纤光栅位移传感器通过光缆连接到光纤光栅测量系统，光纤光栅测量系统包括光纤光栅解调仪、信号传输线和计算机；当水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器采用振弦式位移传感器时，振弦式位移传感器通过通信电缆连接到数据采集仪，数据采集仪通过信号传输线连接到计算机。本发明的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，具有量测装置简单、测试快、测试精度高、对施工干扰少、费用低廉和可实现实时监测等特点，根据隧道净空变化测试结果还可以确定隧道是否受偏压作用。本发明用于监控量测断面有多条水平测线，以及适用于运营中隧道监控变形量测。本发明的量测精度为O. Olmm O. OOlmm,高于技术规程要求的O. 5 1mm。


图I是隧道拱顶测点和I条水平测线示意图；图2是本发明的位移传递杆的示意图；图3是本发明的位移传感器安装示意图4是本发明的位移传感器另一种安装示意图；图5是本发明的另一种位移传递杆示意图；图6是光纤光栅传感器自动化量测系统；图7是振弦式传感器自动化量测系统。图中A :左测点B :右测点C :拱顶测点D :水平测线I:内侧面2:竖向连接杆 3 :位移传递杆4 :第一基座5 :水平量测杆6 :位移传感器支架7 :水平方向位移传感器 8 :第二基座9 :接头10:竖直方向位移传感器13 :振弦式位移传感器 14 :光纤光栅位移传感器15 :光缆17 :光纤光栅解调仪18 :信号传输线19 :计算机20 :通信电缆21 :数据采集仪
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法做出详细说明。本发明的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，包括如下步骤I)如图I所示，在监控量测的拱型隧道断面的拱顶设定拱顶测点C，在拱型隧道断面上对称设定左测点A和右测点B，并连接左测点A和右测点B构成水平测线D ；2)如图2所示，在拱顶测点C处采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置竖向连接杆2 ；3)如图2所示，在竖向连接杆2上通过接头或焊接方式固定位移传递杆3，所述的位移传递杆3与拱型隧道的内侧面I不发生接触；如图2、图5所示，所述的位移传递杆3为曲线形状或折线形状。并且，所述的位移传递杆3可以是钢管、型材和其他构件。4)如图3、图4所示，在位移传递杆3与水平测线相交处通过接头9固定第一基座
4；5)在左测点A和右测点B处分别采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置水平量测杆5，所述的水平量测杆5和位移传递杆3在同一个量测断面、且与隧道纵向轴线垂直。在水平量测杆5临近位移传递杆3的一端通过接头9固定设置第二基座8 ；6)将位移传递杆3与水平测线D相交点分别设定为第一测点Al和第二测点BI ；7)在第一基座4上或第二基座8上固定位移传感器支架6，在位移传感器支架6上分别设置水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10，所述的位移传感器支架6是通过磁力或螺栓固定在第一基座4上或固定在第二基座8上；所述的水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10米用百分表、千分表、振弦式位移传感器13和光纤光栅位移传感器14中的一种。
在人工采集数据时，所述的水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10采用百分表或千分表；在自动化量测(自动采集数据)时，所述的水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10米用振弦式位移传感器13或光纤光栅位移传感器14。8)当水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10采用光纤光栅位移传感器14时，光纤光栅位移传感器14通过光缆15连接到光纤光栅测量系统16，光纤光栅测量系统16包括光纤光栅解调仪17、信号传输线18和计算机19 ;当水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10采用振弦式位移传感器13时，振弦式位移传感器13通过通信电缆20连接到数据采集仪21，数据采集仪21通过信号传输线18连接到计算机19。9)分别采用水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10量测左测点A与第一测点Al之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，分别采用水平方向位移传感器7和竖直方向位移传感器10量测右测点B与第二测点BI之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB;
10)根据左测点A与第一测点Al之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，以及右测点B与第二测点BI之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB判断隧道变形情况。11)分别算出左测点A和右测点B之间水平净空变化Wx，拱顶测点C与水平测线D之间竖向净空变化平均值wy，所述的水平净空变化Wx是由公式wx=wxA+wxB得到，所述的竖向净空变化平均值Wy是由公式Wy=O. 5 X (ffyA+ffyB)；所述的隧道变形情况是当I Wxa I <0.7 I Wxb I，且I WyA I <0.7 I WyB I时，隧道变形不对称(即隧道受偏压作用)；或当I Wxb I < O. 7 I Wxa I，且I WyB I < O. 7 IWyA I时，隧道变形不对称(即隧道受偏压作用)。
权利要求
1.一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，包括如下步骤 1)在监控量测的拱型隧道断面的拱顶设定拱顶测点(C)，在拱型隧道断面上对称设定左测点(A)和右测点(B)，并连接左测点(A)和右测点(B)构成水平测线(D); 2)在拱顶测点(C)处采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置竖向连接杆(2)； 3)在竖向连接杆(2 )上通过接头或焊接方式固定位移传递杆(3 ); 4)在位移传递杆(3)与水平测线相交处通过接头(9)固定第一基座(4)；5)在左测点(A)和右测点(B)处分别采用钻孔预埋方式或通过焊接方式设置水平量测杆(5 )，在水平量测杆(5 )临近位移传递杆(3 )的一端通过接头(9 )固定设置第二基座(8 ); 6)将位移传递杆(3)与水平测线(D)相交点分别设定为第一测点(Al)和第二测点(BI)； 7)在第一基座(4)上或第二基座(8)上固定位移传感器支架(6)，在位移传感器支架(6 )上分别设置水平方向位移传感器(7 )和竖直方向位移传感器(10 ); 8)分别采用水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)量测左测点(A)与第一测点(Al)之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，分别采用水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)量测右测点(B)与第二测点(BI)之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB ；9)根据左测点(A)与第一测点(Al)之间水平净空变化Wxa及竖向净空变化WyA，以及右测点(B)与第二测点(BI)之间水平净空变化Wxb及竖向净空变化WyB判断隧道变形情况； 10)分别算出左测点(A)和右测点(B)之间水平净空变化Wx，拱顶测点(C)与水平测线(D)之间竖向净空变化平均值Wy。
2.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤3)中所述的位移传递杆(3)与拱型隧道的内侧面(I)不发生接触。
3.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，所述的位移传递杆(3)和水平量测杆(5)在同一个量测断面、且与隧道纵向轴线垂直。
根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤3)中所述的位移传递杆(3)为曲线形状或折线形状。
4.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤7)所述的位移传感器支架(6)是通过磁力或螺栓固定在第一基座(4)上或固定在第二基座(8)上。
5.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤10)所述的水平净空变化Wx是由公式wx=wxA+wxB得到。
6.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤10)所述的竖向净空变化平均值Wy是由公式Wy=O. 5X (ffyA+ffyB)得到。
7.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，步骤10)所述的隧道变形情况是当I Wxa I <0.70 I Wxb I，且I WyA I < O. 70 IWyB I时，隧道变形不对称；或当I Wxb I < O. 70 I Wxa I，且I WyB I < O. 70 I ffyA I时，隧道变形不对称。
8.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，所述的水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)米用百分表、千分表、振弦式位移传感器(13)和光纤光栅位移传感器(14)中的一种。
9.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，在人工采集数据时，所述的水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)采用百分表或千分表；在自动化监测量测时，所述的水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)采用振弦式位移传感器(13)或光纤光栅位移传感器(14)。
10.根据权利要求I所述的一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法，其特征在于，当水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)米用光纤光栅位移传感器(14)时，光纤光栅位移传感器(14)通过光缆(15)连接到光纤光栅测量系统(16)，光纤光栅测量系统(16)包括光纤光栅解调仪(17)、信号传输线(18)和计算机(19);当水平方向位移传感器(7)和竖直方向位移传感器(10)采用振弦式位移传感器(13)时，振弦式位移传感器(13)通过通信电缆(20)连接到数据采集仪(21)，数据采集仪(21)通过信号传输线(18)连接到计算机(19) ο
全文摘要
一种采用位移传感器测量隧道变形的监控量测方法在拱型隧道断面上设定测点，并连线；在拱顶测点处设置连接杆；在连接杆上固定位移传递杆并在其上固定第一基座；在测点处设置水平量测杆，并在其上设置第二基座；将位移传递杆与水平测线相交点分别设定为第一测点和第二测点；在第一基座上或第二基座上固定位移传感器支架，在位移传感器支架上设水平方向位移传感器和竖直方向位移传感器；量测水平净空变化及竖向净空变化，并根据其判断隧道变形情况，算出左测点和右测点之间水平净空变化，拱顶测点与水平测线之间竖向净空变化平均值。本发明测试快、测试精度高、对施工干扰少、费用低廉，可实现实时监测，根据隧道净空变化测试结果还可以确定隧道是否受偏压作用。
文档编号G01B21/32GK102914282SQ201210396378
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者张先锋, 江水德, 杜道龙, 刘永忠, 赵正蓉, 贺维国, 王昌洪 申请人:中铁隧道集团有限公司, 中铁隧道勘测设计院有限公司