專利名稱：穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于地裂縫帶脫空監(jiān)測技術領域，具體涉及一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀。
背景技術：
地裂縫是一種常見的地質(zhì)災害，在全世界許多國家都有發(fā)現(xiàn)，例如中國、美國、土耳其、泰國、利比亞。我國地裂縫的分布十分廣泛，隨著城市化進程的加快，地裂縫的發(fā)展具有范圍不斷擴大、危害不斷加重的趨勢。由于地鐵屬于長線工程，不能采取常規(guī)避讓的方法避開地裂縫，因而要求地鐵隧道必須安全地穿越地裂縫。已有的研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)亓芽p活動時，由于地鐵隧道橫穿地裂縫，隨著地裂縫上盤的沉降，位于上盤的分段地鐵隧道底部近地裂縫處會出現(xiàn)一定范圍的脫空，進而影響整個結構受力性能發(fā)生根本性改變。目前，在穿越地裂縫的隧道底部脫空監(jiān)測中多采用在隧道底部預先埋置一些測試元件，例如電阻式位移計或者壓力盒。當利用壓力盒進行隧道底部脫空范圍的監(jiān)測時，可在隧道底部安裝一到兩排壓力盒，根據(jù)讀數(shù)變化即可確定隧道底部是否出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。壓力盒的接觸壓力趨近于O時，就可斷定壓力盒所在位置的隧道底部已出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。但是，由于脫空區(qū)域難以確定，因而如果測試元件布置的密度過小，則會導致測試范圍不夠精確；如果測試元件布置的密度過大，則會導致測試元件之間產(chǎn)生影響，讀數(shù)不準確，同時也會使測試成本過高。地質(zhì)雷達是一種采用高科技手段，以其高分辨率和高準確率，能快速、高效地進行無損檢測，在隧道工程質(zhì)量檢測中得到廣泛的應用，尤其在工程調(diào)查及缺陷探測方面。應用地質(zhì)雷達，可對脫空區(qū)定期進行探測。但是，由于脫空區(qū)的介質(zhì)比較復雜，雷達波在脫空區(qū)的波速無法準確給定；其次，第二界面的反射波特征很難確認，從而導致脫空區(qū)的高度無法準確定量。地質(zhì)雷達不能進行實時監(jiān)測，對隧道底部脫空范圍的形成不能及時預測，并且雷達應用繁瑣，費用較高。通過實時監(jiān)測地裂縫活動時隧道底部的脫空范圍，及時采取預防和補救措施，對地鐵的安全運行具有巨大的技術保障作用。因而，確定隧道底部脫空范圍成為地鐵隧道安全運行監(jiān)控亟待解決的技術問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀。為達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:該監(jiān)測儀包括設置于隧道底部近地裂縫處的云臺以及設置于云臺上的激光測距儀。所述監(jiān)測儀還包括脫空監(jiān)控系統(tǒng)，脫空監(jiān)控系統(tǒng)包括與云臺相連的轉(zhuǎn)向控制器、與激光測距儀相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及用于控制激光測距儀啟停的激光控制開關，轉(zhuǎn)向控制器以及激光控制開關分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。所述監(jiān)測儀還包括設置于云臺上的攝像頭，攝像頭與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。本實用新型所述監(jiān)測儀利用激光測距儀的測距原理(采用激光三角測量法或激光回波分析法的測量原理)，利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點實現(xiàn)高精度的無接觸遠距離測量，不僅結構簡單，容易操作、成本低廉，而且可以對脫空區(qū)域進行實時的監(jiān)測，及時獲得脫空區(qū)域的變化情況。本實用新型采用了由云臺、激光測距儀與脫空監(jiān)控系統(tǒng)組成的分體式監(jiān)測結構，云臺以及激光測距儀安裝在隧道底部，可以利用激光反射原理監(jiān)控隧道底部隱蔽部位，如脫空區(qū)域，同時，通過控制云臺的轉(zhuǎn)動，可以對監(jiān)測范圍進行調(diào)整，不僅可以獲取縱向脫空范圍，而且可以得到橫向脫空范圍的監(jiān)測結果，可以為工程保障提供全面、準確、可靠的參考數(shù)據(jù)。

圖1為本實用新型所述監(jiān)測儀的結構原理框圖；圖2為本實用新型所述激光測距儀的安裝示意圖之一；圖3為本實用新型所述激光測距儀的安裝示意圖之二 ；圖4為本實用新型所述橫向脫空范圍不意圖；圖中:I為云臺，2為脫空監(jiān)測裝置，21為激光發(fā)射裝置，22為激光接收裝置，23為位移傳感器，3為脫空監(jiān)控系統(tǒng)，31為激光控制開關，32為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，33為轉(zhuǎn)向控制器，4為攝像頭，5為Ω型連接件，6為縱向脫空范圍，7為橫向脫空范圍，8為分段隧道，A為分段隧道沉降前位置，B為分段隧道沉降后前位置。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖1，本實用新型所述監(jiān)測儀包括設置于隧道底部近地裂縫處的云臺I以及設置于云臺I上的激光測距儀；所述監(jiān)測儀還包括脫空監(jiān)控系統(tǒng)3，脫空監(jiān)控系統(tǒng)3包括與云臺I相連的轉(zhuǎn)向控制器33、與激光測距儀相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32以及用于控制激光測距儀啟停的激光控制開關31，轉(zhuǎn)向控制器33以及激光控制開關31分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32相連；所述監(jiān)測儀還包括設置于云臺I上的攝像頭4，攝像頭4與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32相連。本實用新型的工作原理，包括以下步驟:I)在跨地裂縫的分段隧道的底部中心位置預埋連接件，連接件位于所述分段隧道的近地裂縫端，在連接件上安裝云臺1，然后將激光測距儀安裝于云臺I上；2)利用安裝于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32內(nèi)的數(shù)據(jù)控制軟件控制激光測距儀對脫空監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定時自動采集；所述脫空監(jiān)測數(shù)據(jù)包括縱向脫空范圍以及橫向脫空范圍。所述縱向脫空范圍的采集方法為:通過云臺I使激光測距儀沿隧道軸向測量脫空區(qū)域的延伸距離。(參見圖2)所述橫向脫空范圍的采集方法為:通過云臺I使激光測距儀由原點向左旋轉(zhuǎn)α °，測得距離11，然后使激光測距儀由原點向右旋轉(zhuǎn)α °，測得距離I2，利用公式
I = φ + Il -H1I1 cos2α計算兩次測量距離端點之間的距離I得橫向脫空范圍，兩次測量距離端點的連線與隧道橫截面平行。(參見圖3-圖4)實施例本實用新型的目的是設計一款使用方法簡單、測量精度較高、數(shù)據(jù)自動化處理的用于實時監(jiān)測地裂縫活動時隧道底部的脫空范圍的監(jiān)測儀器。其結構、測試原理如圖1-圖4所示。1.儀器組成監(jiān)測儀器由脫空監(jiān)測裝置2和脫空監(jiān)控系統(tǒng)3兩部分構成:脫空監(jiān)測裝置2安裝在分段隧道8底部近地裂縫處，由UT391型激光測距儀、攝像頭4及云臺I組成。UT391型激光測距儀承擔激光發(fā)射、接收和數(shù)據(jù)交換的功能。當激光發(fā)射裝置21發(fā)射的激光束接觸到脫空區(qū)域的土層表面時，激光束將立即反射回激光接收裝置22，位移傳感器23進行數(shù)據(jù)處理。利用云臺控制激光測距儀上下、左右運動，實現(xiàn)對整個脫空區(qū)的監(jiān)測。利用攝像頭，了解脫空區(qū)內(nèi)的地下水的影響范圍。脫空監(jiān)控系統(tǒng)由激光控制開關31、轉(zhuǎn)向控制器33和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)32構成。2.安裝方法:在跨地裂縫的分段隧道的底部中心位置預埋50mmX30mm的Ω型連接件5，用于安裝云臺(可遙控轉(zhuǎn)向器)，并將激光測距儀等安放于云臺之上，見圖3。數(shù)據(jù)線以及控制線從隧道的預留孔洞中引出，與脫空監(jiān)控系統(tǒng)相連。3.監(jiān)測方法:I)縱向脫空范圍的測試:當儀器開始工作時，激光發(fā)射裝置工作，發(fā)出激光束，當隧道底部出現(xiàn)脫空時，激光被土體反射回來，經(jīng)過信號處理，經(jīng)數(shù)據(jù)線，脫空值將顯示在與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連的數(shù)字顯示儀上。2)橫向脫空范圍的測試:同理，當測量橫向脫空范圍時，控制轉(zhuǎn)向器，使激光發(fā)射器向左水平旋轉(zhuǎn)α °，測得I1,向右水平旋轉(zhuǎn)α ° ，測得I2，利用公式
權利要求1.一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀，其特征在于:該監(jiān)測儀包括設置于隧道底部近地裂縫處的云臺(1)以及設置于云臺(1)上的激光測距儀。
2.根據(jù)權利要求1所述一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀，其特征在于:所述監(jiān)測儀還包括脫空監(jiān)控系統(tǒng)(3)，脫空監(jiān)控系統(tǒng)(3)包括與云臺(I)相連的轉(zhuǎn)向控制器(33)、與激光測距儀相連的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(32)以及用于控制激光測距儀啟停的激光控制開關(31)，轉(zhuǎn)向控制器以及激光控制開關分別與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權利要求2所述一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀，其特征在于:所述監(jiān)測儀還包括設置于云臺(I)上的攝像頭(4)，攝像頭(4)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(32)相連。
專利摘要本實用新型提供一種穿越地裂縫帶隧道底部脫空監(jiān)測儀該監(jiān)測儀包括設置于隧道底部近地裂縫處的云臺以及設置于云臺上的激光測距儀，在跨地裂縫的分段隧道的底部中心位置預埋連接件，在連接件上安裝云臺，然后將激光測距儀安裝于云臺上；利用安裝于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)控制軟件控制激光測距儀對脫空監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定時自動采集；本實用新型所述監(jiān)測儀利用激光測距儀的測距原理，不僅結構簡單，容易操作、成本低廉，而且可以對脫空區(qū)域進行實時的監(jiān)測，及時獲得脫空區(qū)域的變化情況。
文檔編號G01C3/10GK203083557SQ20132006431
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權日2013年2月4日
發(fā)明者李凱玲, 門玉明, 譚雙良, 呂杰, 吳艷武, 蔣登枝, 王繼陽 申請人:長安大學