急曲线隧道管片平面位移监测系统及其监测方法与流程

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种急曲线隧道管片平面位移监测系统及其监测方法。

背景技术：

1、伴随着城市地下空间的开发和建设，隧道盾构法施工已经成为了市政工程建设中常用的一种施工工法。而由于施工期盾构管片的不稳定性，盾构管片沉降和位移情况是关乎盾构施工参数调整的一项重要依据，特别是在转弯半径较小的急曲线隧道。在转弯时，盾构对后方管片环施加朝向弯道外侧的侧向力，有可能导致管片环向侧方偏移，从而使盾构施工过程中的管片位移尤其明显。因此，在盾构施工过程中，需要对施工扰动区域的管片位移情况进行监测，实时可靠地感知各环管片的偏移量，以便及时响应和干预偏移。

2、目前施工期管片位移监测绝大多数采用人工全站仪测量，少数采用基于固定测站的测量机器人的自动化监测方法。采用人工全站仪测量的方法监测频率低，工作量大，且在盾构推进过程中很难实施。而采用基于测量机器人的自动化监测方法，则需要在监测管片上安装目标棱镜，在急曲线工况下，由于通视情况恶劣，可监测的范围极小，而且还会对盾构机上的导向系统形成干扰。

技术实现思路

1、为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种急曲线隧道管片平面位移监测系统及其监测方法，以解决现有的急曲线隧道管片位移监测采用人工监测，存在频率低、实时性差和工作量大的问题。

2、为实现上述目的，提供一种急曲线隧道管片平面位移监测方法，包括：

3、监测装置，包括多对位移传感器，每对位移传感器包括用于采集相邻两管片环的相对两侧之间的实时距离值的两传感器单元，所述两传感器单元分别安装于急曲线隧道的相邻两管片环的拼接缝的相对两侧中；

4、控制器，包括控制模块、用于每拼装一管片环获取所述实时距离值的获取模块和计算模块，所述控制模块连接于所述获取模块和所述计算模块，所述获取模块连接于所述监测装置，所述计算模块包括用于基于基准管片环的位置和所述实时距离值，计算获得相邻两管片环的单环偏转角度的第一计算单元、用于基于已拼装的各管片环的单环偏转角度，计算获得各管片环的累积偏转角度的第二计算单元、用于基于各管片环的环中心点至所述基准管片环的环中心点的设计距离值，依次计算获得各管片环的环中心点的平面坐标的第三计算单元、用于基于所述各管片环的环中心点的平面坐标，计算获得各管片环当前平面坐标偏离自身初始轴线的位移量的第四计算单元，所述第一计算单元连接于所述控制模块，所述第二计算单元连接于所述第一计算单元，所述第三计算单元连接于所述第二计算单元，所述第四计算单元连接于所述第三计算单元；

5、用于基于各管片环的单环偏转角度、累计偏转角度、环中心点的平面坐标及位移量以显示已拼装的各管片环的位置和姿态的服务端，连接于所述控制模块。

6、进一步的，所述监测装置还包括解调主机，所述解调主机通过光缆连接于所述多对位移传感器，所述解调主机连接于所述获取模块。

7、本发明提供一种急曲线隧道管片平面位移监测系统的急曲线隧道管片平面位移监测方法，包括以下步骤：

8、以所述急曲线隧道的后方的已拼装的一管片环为基准管片环；

9、向前逐环拼装所述急曲线隧道的每一管片环，在拼装所述急曲线隧道的管片过程中，同时布设监测装置，将所述监测装置的多对位移传感器分别安装于急曲线隧道的相邻两管片环的拼接缝，使得每对位移传感器的两传感器单元分别安装于所述急曲线隧道的相邻两管片环的相对两侧的拼接缝中，所述每对位移传感器的两传感器单元分别采集前一管片环的左侧和右侧相对于后一管片环同侧的实时距离值；

10、每拼装一管片环，控制器的获取模块至少获取一次已拼装的所述急曲线隧道的各管片环的实时距离值；

11、基于基准管片环的位置和所述实时距离值，所述控制器的计算模块的第一计算单元计算获得相邻两管片环的单环偏转角度；

12、基于已拼装的各管片环的单环偏转角度，所述计算模块的第二计算单元计算获得各管片环的累积偏转角度；

13、基于各管片环的环中心点至所述基准管片环的环中心点的设计距离值，所述计算模块的第三计算单元依次计算获得各管片环的环中心点的平面坐标；

14、基于所述各管片环的环中心点的平面坐标，所述计算模块的第四计算单元计算获得各管片环当前平面坐标偏离自身初始轴线的位移量；

15、服务端获取各管片环的单环偏转角度、累计偏转角度、环中心点的平面坐标及位移量，并显示已拼装的各管片环的位置和姿态的平面图。

16、本发明的有益效果在于，本发明的急曲线隧道管片平面位移监测系统，使用平行于隧道轴向的位移传感器设备监测各环间的相对姿态，传感器部署在各环接缝处，设备同时同步获取所有传感器的读数，控制器通过定量分析方法，以轴向接缝左右宽窄变化的差异，计算分析，先得到各环单环偏转角度的变化，进而得到各环相对于基准点的位置及相较于初始状态的位移，并实时上送。

17、本发明的急曲线隧道管片平面位移监测系统的监测方法，是一种长期监测与定期复核结合的测量方法，进一步提升测量精准度。

18、本发明的急曲线隧道管片平面位移监测系统测量快速，且实时连续监测，利于施工方及时调整，不仅解决水平位移的实时测量难题，而且达到定量测量效果，结果精准有效。

19、本发明的急曲线隧道管片平面位移监测系统的传感器部署简单，无需专业操作知识，也无需特殊校准，易于现场施工人员拆装。

技术特征：

1.一种急曲线隧道管片平面位移监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的急曲线隧道管片平面位移监测系统，其特征在于，所述监测装置还包括解调主机，所述解调主机通过光缆连接于所述多对位移传感器，所述解调主机连接于所述获取模块。

3.一种如权利要求1～2中任意一项所述的急曲线隧道管片平面位移监测系统的急曲线隧道管片平面位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种急曲线隧道管片平面位移监测系统及其监测方法，包括：监测装置，包括多对位移传感器，每对位移传感器包括用于采集相邻两管片环的相对两侧之间的实时距离值的两传感器单元；控制器，包括控制模块、获取模块和计算模块，控制模块连接于获取模块和计算模块，获取模块连接于监测装置，控制模块计算模块包括第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、第四计算单元，第一计算单元连接于控制模块，第二计算单元连接于第一计算单元，第三计算单元连接于第二计算单元，第四计算单元连接于第三计算单元；服务端，连接于控制模块。本发明解决了现有的急曲线隧道管片位移监测采用人工监测，存在频率低、实时性差和工作量大的问题。技术研发人员：王浩,何嘉骥,黄德中,李章林,陈培新,朱雁飞,何国军,李程,范杰,王祺,麻逸山,费寅,寇晓勇,马志刚受保护的技术使用者：上海隧道工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26