本發(fā)明涉及隧道開挖監(jiān)測方法領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法。

背景技術(shù)：

目前，世界上中國隧道數(shù)量最多，建筑規(guī)模最大，增長速度最快。然而，與發(fā)達國家相比，我國在隧道施工質(zhì)量控制與安全管理方面，還存在較大的差距。

對隧道變形的感知速率和控制效果，將直接影響隧道的施工質(zhì)量，處理不當會出現(xiàn)塌方、冒項等工程事故，造成嚴重的損失。由于隧道的開挖使得支撐隧道洞身的圍巖被挖掉，掌子面后方出現(xiàn)臨空，圍巖應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致圍巖向隧道凈空方向變形，這種變形包括掌子面沿隧道的軸向變形。

目前國內(nèi)外學者對隧道變形的研究主要集中在隧道圍巖收斂變形及拱頂沉降，相應(yīng)的變形監(jiān)測技術(shù)也已經(jīng)較成熟；而對于掌子面沿隧道軸向的變形監(jiān)測技術(shù)卻很少，大斷面軟巖隧道掌子面失穩(wěn)事故常有發(fā)生，得不到有效控制。

監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形對采用全斷面開挖方式的軟巖隧道掌子面穩(wěn)定性具有重要意義，是指導(dǎo)掌子面超前預(yù)支護和掌子面補強施工的依據(jù)。目前，對掌子面沿隧道軸向變形的監(jiān)測方法主要有全站儀坐標測量法和三維激光掃描技術(shù)，將這兩種方法運用于隧道掌子面變形監(jiān)測時還存在一定的缺陷：

(1)全站儀坐標測量法：隧道內(nèi)可視性差，空間受到限制，環(huán)境復(fù)雜，影響全站儀坐標測量法的精度，其測量過程繁瑣，測量成本高，對監(jiān)測人員的專業(yè)技能要求高，且高精度的全站儀價格高昂。

(2)三維激光掃描技術(shù)：雖然三維激光掃描技術(shù)具有許多傳統(tǒng)測量方式不能比擬的優(yōu)勢，但是其儀器和測量成本昂貴，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，花費時間較多等缺點同樣明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述存在的問題，本發(fā)明提供一種監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的掌子面沿隧道軸向變形的監(jiān)測方法存在操作繁瑣、監(jiān)測成本較高、對監(jiān)測人員專業(yè)技能要求高的問題，從而能夠更簡單便捷的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形大小和變化趨勢，操作簡單、成本較低、監(jiān)測結(jié)果直觀明了，并且監(jiān)測數(shù)據(jù)能準確反映掌子面沿隧道軸向的變形情況。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，其中，包括：

(1)在隧道圍巖上布設(shè)至少一個便攜式激光測距儀組件；

(2)在掌子面上設(shè)置多個監(jiān)測點，并在每個監(jiān)測點處安裝激光反射片；

(3)調(diào)整所述反射片，使得當所述便攜式激光測距儀組件的激光束的射點

在所述反射片上時，所述反射片與所述便攜式激光測距儀組件的激光束垂直；

(4)調(diào)節(jié)所述激光測距儀組件對準所述反射片，測得各個監(jiān)測點的初始距離X_Ai，其中X_Ai為第i個監(jiān)測點到便攜式激光測距儀組件之間的初始距離值；

(5)按照監(jiān)測頻率H，調(diào)節(jié)所述激光測距儀組件對準所述反射片，測得各個監(jiān)測點的實時距離X_jAi，其中X_jAi為第j次測量第i個監(jiān)測點到便攜式激光測距儀組件之間的實時距離值；

(6)用實時距離值X_jAi減去初始距離值X_Ai，得到各個監(jiān)測點沿隧道軸向的位移值，從而監(jiān)測到掌子面沿隧道軸向的變形大小和變化趨勢；

其中，H大于等于1s。

上述的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，其中，所述便攜式激光測距儀組件包括：用于發(fā)射激光束的可拆卸便攜式激光測距儀和用于安置所述激光測距儀并可調(diào)節(jié)的對準調(diào)節(jié)裝置。

上述的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，其中，所述可拆卸便攜式激光測距儀的精度大于±1mm。

上述的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，其中，所述便攜式激光測距儀組件通過具有轉(zhuǎn)換接頭的固定螺栓固定在所述隧道圍巖上。

上述的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，其中，所述H為1天。

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或者有益效果：

本發(fā)明提供的一種監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，通過在隧道開挖的掌子面上安裝反射片，并測量各個反射片到激光測距儀組件的初始距離，然后定期測量各個反射片到激光測距儀組件的實時距離，實時距離與初始距離的差值即為掌子面沿隧道軸向的變形，根據(jù)掌子面沿隧道軸向變形可以判斷掌子面沿隧道軸向的變形大小和變化趨勢，并且具有如下優(yōu)點：

1)操作簡單，成本較低。此方法用到的監(jiān)測儀器只有激光測距儀與激光反射片，儀器的安裝與拆除都比較方便，對操作人員的技術(shù)要求低；

2)監(jiān)測結(jié)果直觀明了，不需要進行復(fù)雜的處理。每次測量時操作人員只需將此次讀取的測量值與初始測量值比對，即可得出掌子面隧道軸向變形大小和變化趨勢；

3)不會影響隧道施工的正常進行。激光測距儀體積小，不會影響隧道正常施工；

4)監(jiān)測數(shù)據(jù)能準確的反映掌子面沿隧道軸向變形情況。監(jiān)測過程不易受人為干擾，監(jiān)測數(shù)據(jù)處理簡單。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。

圖1是本發(fā)明實施例1提供的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1提供的激光測距儀組件的布設(shè)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例1提供的反射片的布設(shè)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。

實施例1：

圖1是本發(fā)明實施例1提供的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的原理示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1提供的反射片的布設(shè)示意圖；如圖所示，將便攜式激光測距儀組件101固定在掌子面102后方的隧道圍巖103上，在隧道每次開挖循環(huán)完成后，及時將激光反射片104安裝在掌子面102上，調(diào)整激光測距儀組件101的角度，使其依次對準前方掌子面102上的激光反射片104，記錄激光測距儀組件101顯示的測量值，此測量值作為激光反射片104到激光測距儀組件101的初始距離值，然后定期(一般每天)記錄激光測距儀組件101的測量值，此測量值為實時距離值，實時距離值與初始距離值之差值即得掌子面沿隧道軸向變形，根據(jù)掌子面沿隧道軸向變形可以判斷掌子面沿隧道軸向變形大小和變化趨勢。具體的監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，包括：

(1)在隧道圍巖103上布設(shè)兩個便攜式激光測距儀組件101；

(2)在掌子面102上設(shè)置八個監(jiān)測點(反射片104所在的位置)，并在每個監(jiān)測點處安裝激光反射片104；

(3)分別調(diào)整每個反射片104，使得當便攜式激光測距儀組件101的激光束的射點在該反射片104上時，該反射片104與便攜式激光測距儀組件101的激光束垂直；

(4)調(diào)節(jié)激光測距儀組件101對準反射片104，測得八個監(jiān)測點的初始距離值：X_A1、X_A2、X_A3、X_A4、X_A5、X_A6、X_A7、X_A8；

(5)按照監(jiān)測頻率為一天來監(jiān)測，調(diào)節(jié)激光測距儀組件101對準反射片104，測得各個監(jiān)測點的實時距離值：X_jA1、X_jA2、X_jA3、X_jA4、X_jA5、X_jA6、X_jA7、X_jA8，其中X_jA1為第j次測量第1個監(jiān)測點到便攜式激光測距儀組件之間的實時距離值，X_jA2為第j次測量第2個監(jiān)測點到便攜式激光測距儀組件之間的實時距離值，以此類推；

(6)用實時距離值X_jA1減去初始距離值X_A1，得到第1個監(jiān)測點沿隧道軸向的位移值，用實時距離值X_jA2減去初始距離值X_A2，得到第2個監(jiān)測點沿隧道軸向的位移值，以此類推，得到八個監(jiān)測點沿隧道軸向的位移值，從而監(jiān)測到掌子面沿隧道軸向的變形大小和變化趨勢。

圖2是本發(fā)明實施例1提供的激光測距儀組件的布設(shè)示意圖；如圖所示，激光測距儀組件包括：用于發(fā)射激光束的可拆卸便攜式激光測距儀1013和用于安置激光測距儀1013并可調(diào)節(jié)的對準調(diào)節(jié)裝置1014；可拆卸便攜式激光測距儀1013的精度大于±1mm。在將該激光測距儀組件安裝至隧道圍巖103上時，在選定位置處安裝固定螺栓1011，并將可拆卸便攜式激光測距儀1013(一般精度要優(yōu)于±1mm，監(jiān)測時安裝，監(jiān)測完成后拆卸)安裝到固定螺栓1011的轉(zhuǎn)換接頭1012上，通過調(diào)整對準調(diào)節(jié)裝置1014，從而使得激光測距儀1013對準反射片104，進而測得監(jiān)測點到激光測距儀組件之間的距離。

綜上所述，本發(fā)明實施例1提供的一種監(jiān)測掌子面沿隧道軸向變形的方法，通過在隧道開挖的掌子面上安裝反射片，并測量各個反射片到激光測距儀組件的初始距離，然后定期測量各個反射片到激光測距儀組件的實時距離，實時距離與初始距離的差值即為掌子面沿隧道軸向的變形，根據(jù)掌子面沿隧道軸向變形可以判斷掌子面沿隧道軸向的變形大小和變化趨勢，并且具有如下優(yōu)點：

1)操作簡單，成本較低。此方法用到的監(jiān)測儀器只有激光測距儀與激光反射片，儀器的安裝與拆除都比較方便，對操作人員的技術(shù)要求低；

2)監(jiān)測結(jié)果直觀明了，不需要進行復(fù)雜的處理。每次測量時操作人員只需將此次讀取的測量值與初始測量值比對，即可得出掌子面隧道軸向變形大小和變化趨勢；

3)不會影響隧道施工的正常進行。激光測距儀體積小，不會影響隧道正常施工；

4)監(jiān)測數(shù)據(jù)能準確的反映掌子面沿隧道軸向變形情況。監(jiān)測過程不易受人為干擾，監(jiān)測數(shù)據(jù)處理簡單。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響7本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。

以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。