專利名稱：隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。
技術(shù)背景[0002]隨著國(guó)家建設(shè)的快速發(fā)展，目前的公路、鐵路隧道出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)斷 面大、隧道長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道掘進(jìn)面前方的不良地層條件極易引起隧道塌方、涌 水。這些因素不僅在技術(shù)上給隧道施工帶來極大的困難，也常常因突發(fā)事故導(dǎo)致人身傷 亡、工期延誤，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也引起了國(guó)家監(jiān)管部門的高度重視。[0003]目前隧道變形監(jiān)測(cè)裝置主要有兩種1)采用鋼尺式收斂計(jì)和掛鋼尺抄平等接 觸方式進(jìn)行量測(cè)，該裝置雖然成本低、操作簡(jiǎn)單且適應(yīng)惡劣施工環(huán)境，但隨著將有越來 越多的大跨度隧道的修建，跨度的不斷增加使這種監(jiān)測(cè)裝置具有明顯的局限性，如掛尺 困難，對(duì)施工干擾大，且難以保證施工變形監(jiān)測(cè)的精度，測(cè)量結(jié)果容易受人為因素影響； 2)非接觸三維觀測(cè)(無尺量測(cè))，大致有三種一、是以多臺(tái)電子經(jīng)緯儀為主要設(shè)備的 三維解析測(cè)量；二、是以全站儀為主要設(shè)備的三維變形量測(cè)；三、是以近景攝影機(jī)為主 要設(shè)備的近景變形量測(cè)；但全站儀法由于基準(zhǔn)點(diǎn)的物理狀態(tài)不夠穩(wěn)定，引起測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo) 誤差很大，而觀測(cè)過程中又沒有進(jìn)行平差處理，所以觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)誤差大于士 1.0mm; 對(duì)隧道凈空變形監(jiān)測(cè)來說，不能滿足精度要求；且由于量測(cè)人員、測(cè)量設(shè)備、測(cè)試元 件等各種客觀的外界條件等原因，現(xiàn)場(chǎng)獲得的第一手?jǐn)?shù)據(jù)不可避免地存在種種誤差或錯(cuò) 誤。[0004]總之，目前國(guó)內(nèi)隧道圍巖監(jiān)測(cè)，一是普遍采用接觸類裝置量測(cè)，效率低下，消 耗大量的人力和財(cái)力，且觀測(cè)效果不佳，存在人為因素影響過大導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果失真的問 題；二是有些用較先進(jìn)的BJSD-3激光隧道斷面檢測(cè)儀，全站儀等，但不具自動(dòng)報(bào)警功 能，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也有人為影響。發(fā)明內(nèi)容[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警 裝置，該裝置有利于減少和避免隧道、巷道重大塌方所造成的傷亡人數(shù)和損失，從而提 高施工作業(yè)安全。[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于 包括激光器及光束變換系統(tǒng)模塊、光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊、定位及支撐模塊、監(jiān)控 及信號(hào)處理軟件模塊、遠(yuǎn)程無線通訊模塊和現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，各模塊分別與電源 模塊相連接，所述激光器及光束變換系統(tǒng)模塊發(fā)送激光束至光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模 塊，所述光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊輸出信號(hào)至監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊，所述監(jiān)控及 信號(hào)處理軟件模塊輸出信號(hào)分別至文本顯示屏、遠(yuǎn)程無線通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng) 模塊，所述遠(yuǎn)程無線通訊模塊輸出信號(hào)至工程指揮部的遠(yuǎn)程信號(hào)接收終端。[0007]所述定位及支撐模塊包括初期支護(hù)及固定支座。3[0008]所述激光器及光束變換系統(tǒng)模塊包括激光器，所述激光器經(jīng)初期支護(hù)上的固定 支座固定于已穩(wěn)定的隧道圍巖內(nèi)壁上。[0009]所述光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊包括光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器，所述光敏位移信號(hào) 監(jiān)測(cè)器經(jīng)固定支座固定于不穩(wěn)定的隧道圍巖內(nèi)壁上，所述光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器經(jīng)信號(hào)線 與監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊中的信號(hào)處理終端連接。[0010]所述光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器是位置敏感探測(cè)器(PSD)、充電耦合傳感器 (CCD)或光纖面板。[0011]所述監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊包括單片機(jī)。[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的顯著優(yōu)點(diǎn)在于能實(shí)時(shí)監(jiān)控施工隧道不穩(wěn)定 的圍巖的變形情況從而發(fā)出于預(yù)警信息以避免事故的發(fā)生。


[0013]圖1為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的結(jié)構(gòu)框圖。[0014]圖2為本實(shí)用新型激光器及PSD安裝使用狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0015]參考圖1 2 —種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于包括激光器1及 光束變換系統(tǒng)模塊、光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊、定位及支撐模塊、監(jiān)控及信號(hào)處理軟 件模塊、遠(yuǎn)程無線通訊模塊和現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，各模塊分別與電源模塊相連接， 所述激光器及光束變換系統(tǒng)模塊發(fā)送激光束至光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊，所述光敏位 移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊輸出信號(hào)至監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊，所述監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模 塊輸出信號(hào)分別至文本顯示屏、遠(yuǎn)程無線通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，所述遠(yuǎn)程 無線通訊模塊輸出信號(hào)至工程指揮部的遠(yuǎn)程信號(hào)接收終端。[0016]上述定位及支撐模塊包括初期支護(hù)、固定支座。[0017]參考圖1，本實(shí)用新型的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的主體部分包括激光器1及 光束變換系統(tǒng)模塊、光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊及監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊。[0018]上述激光器及光束變換系統(tǒng)模塊包括激光器1，上述激光器1經(jīng)初期支護(hù)上的固 定支座固定于已穩(wěn)定的隧道圍巖2內(nèi)壁上。[0019]上述光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊包括光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器，上述光敏位移信號(hào) 監(jiān)測(cè)器經(jīng)固定支座固定于不穩(wěn)定的隧道圍巖3內(nèi)壁上，上述光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器經(jīng)信號(hào) 線與監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊中的信號(hào)處理終端連接。如圖2所示，本實(shí)用新型采用位 置敏感探測(cè)器4作為光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器，當(dāng)然也可以是CCD或光纖面板，圖2中已穩(wěn) 定的隧道圍巖2與不穩(wěn)定的隧道圍巖3之間的距離L為50 100m。[0020]上述監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊包括單片機(jī)。[0021]本實(shí)用新型的工作工程如下(1)首先將激光器1固定于已穩(wěn)定的隧道圍巖2 內(nèi)壁上，再在施工隧道內(nèi)不穩(wěn)定的隧道圍巖3的初期支護(hù)上安裝固定光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè) 器，所述激光器1的信號(hào)輸出端與光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器信號(hào)的接收端相對(duì)；(2)監(jiān)測(cè) 時(shí)，激光器1向隧道內(nèi)的用以接收激光信號(hào)的光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器發(fā)送實(shí)時(shí)激光信號(hào)， 監(jiān)測(cè)過程中光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器實(shí)時(shí)向信號(hào)處理終端發(fā)送不穩(wěn)定的隧道圍巖3變形位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；(3)信號(hào)處理終端根據(jù)收集來的數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，當(dāng)圍巖變形位移值達(dá)到 或超過危險(xiǎn)變形值時(shí)，信號(hào)處理終端即經(jīng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)圍巖變形位移值超 過安全變形值但小于加固安全變形值時(shí)，信號(hào)處理終端發(fā)出加固圍巖指令。[0022]當(dāng)拱腳附近的水平收斂速度小于0.2mm/d，拱部下沉速度小于0.15mm/d，圍巖 基本達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)不報(bào)警，且信號(hào)燈不亮；當(dāng)拱腳附近的水平收斂速度大于0.2mm/ d，拱部下沉速度大于0.15_/d，且凈空變化速度小于5.0mm/d時(shí)，圍巖處于安全變形 階段，系統(tǒng)不報(bào)警，但信號(hào)燈亮起綠燈；當(dāng)凈空變化速度持續(xù)大于5.0mm/d時(shí)，圍巖處 于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，信號(hào)燈亮黃燈；當(dāng)凈空變 化速度持續(xù)大于lO.Omm/d時(shí)，意外性大，是塌方的前兆，系統(tǒng)發(fā)出急促報(bào)警信號(hào)，信號(hào) 燈亮起紅燈，提示現(xiàn)場(chǎng)操作人員馬上撤離隧道。[0023]本實(shí)用新型所采用的裝置解決了現(xiàn)有隧道施工作業(yè)中的安全性這一重大問題， 大大提供了隧道施工作業(yè)的安全系數(shù)，從而保障了人們的生命和財(cái)產(chǎn)的安全，有利于大 面積的推廣實(shí)施應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于包括激光器及光束變換系統(tǒng)模 塊、光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊、定位及支撐模塊、監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊、遠(yuǎn)程無 線通訊模塊和現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，各模塊分別與電源模塊相連接，所述激光器及光 束變換系統(tǒng)模塊發(fā)送激光束至光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊，所述光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng) 模塊輸出信號(hào)至監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊，所述監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊輸出信號(hào)分別 至文本顯示屏、遠(yuǎn)程無線通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，所述遠(yuǎn)程無線通訊模塊輸 出信號(hào)至工程指揮部的遠(yuǎn)程信號(hào)接收終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于所述定位及支 撐模塊包括初期支護(hù)及固定支座。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于所述激光器及 光束變換系統(tǒng)模塊包括激光器，所述激光器經(jīng)初期支護(hù)上的固定支座固定于已穩(wěn)定的隧 道圍巖內(nèi)壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于所述光敏位移 信號(hào)采集系統(tǒng)模塊包括光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器，所述光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器經(jīng)固定支座固定 于不穩(wěn)定的隧道圍巖內(nèi)壁上，所述光敏位移信號(hào)監(jiān)測(cè)器經(jīng)信號(hào)線與監(jiān)控及信號(hào)處理軟件 模塊中的信號(hào)處理終端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于所述光敏位移 信號(hào)監(jiān)測(cè)器是位置敏感探測(cè)器(PSD)、充電耦合傳感器(CCD)或光纖面板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于所述監(jiān)控及 信號(hào)處理軟件模塊包括單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，其特征在于包括激光器及光束變換系統(tǒng)模塊、光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊、定位及支撐模塊、監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊、遠(yuǎn)程無線通訊模塊和現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，各模塊分別與電源模塊相連接，所述激光器及光束變換系統(tǒng)模塊發(fā)送激光束至光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊，所述光敏位移信號(hào)采集系統(tǒng)模塊輸出信號(hào)至監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊，所述監(jiān)控及信號(hào)處理軟件模塊輸出信號(hào)分別至文本顯示屏、遠(yuǎn)程無線通訊模塊、現(xiàn)場(chǎng)聲光報(bào)警系統(tǒng)模塊，所述遠(yuǎn)程無線通訊模塊輸出信號(hào)至工程指揮部的遠(yuǎn)程信號(hào)接收終端。該裝置有利于減少和避免隧道、巷道重大塌方所造成的傷亡人數(shù)和損失，從而提高施工作業(yè)安全。
文檔編號(hào)G01B11/16GK201811722SQ20102055882
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者王登科, 錢寅星, 黃玉仁, 黃衍堂 申請(qǐng)人:中鐵二十四局集團(tuán)有限公司, 中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司