智能化隧道全断面收敛监测装置及使用方法
阅读说明：本技术 智能化隧道全断面收敛监测装置及使用方法 (Intelligent tunnel full-section convergence monitoring device and using method ) 是由 薛翊国 刘海艇 邱道宏 柏成浩 公惠民 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种智能化隧道全断面收敛监测装置及使用方法,包括激光扫描装置、无线信号传输装置、远程数据处理系统,激光扫描装置包括激光扫描仪、角度调整机构、自动旋转底座以及固定支撑件,所述激光扫描装置包括至少两个,以隧道中心线为轴对称布置,固定支撑件设置于隧道内壁,固定支撑件上设置有自动旋转底座,所述自动旋转底座上设置有角度调整机构,所述角度调整机构端部设置激光扫描仪,使激光扫描仪的扫描区域三维可调,激光扫描仪采集的信息通过无线信号传输装置传输至远程数据处理系统。本公开安置在隧道内部,可对整个隧道围岩收敛进行监测,并可查出变形位置,进行加固处理,防患于未然,确保隧道的安全运营。(The utility model provides an intelligent full section convergence monitoring devices in tunnel and application method, including laser scanning device, wireless signal transmission device, remote data processing system, laser scanning device includes laser scanner, angle adjustment mechanism, autogiration base and fixed support piece, laser scanning device includes at least two to the tunnel central line is axisymmetric, and fixed support piece sets up in the tunnel inner wall, and the last autogiration base that is provided with of fixed support piece, the last angle adjustment mechanism that is provided with of autogiration base, angle adjustment mechanism tip sets up laser scanner, makes laser scanner's scanning area three-dimensional adjustable, and the information that laser scanner gathered passes through wireless signal transmission device and transmits to remote data processing system. The tunnel surrounding rock convergence monitoring device is arranged inside a tunnel, can monitor the convergence of the surrounding rock of the whole tunnel, can find out the deformation position, carries out reinforcement treatment, prevents the surrounding rock from happening in the bud, and ensures the safe operation of the tunnel.)
技术领域
本公开属于岩土监测技术领域，具体涉及一种智能化隧道全断面收敛监测装置及使用方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
隧道工程属于地下工程，施工条件复杂，风险高，常常因突发事故导致人身伤亡、工期延误，造成巨大的经济损失，因此，隧道监控量测是隧道工程必不可少的环节，是保证隧道工程安全的重要手段。隧道在施工监控量测中隧道的变形收敛及断面形状的测量是必测的参数，通过隧道断面收敛来判断围岩结构的稳定，通过隧道断面的测量来对隧道断面开挖质量(有无超欠挖)进行评定。而运营隧道在发生地质灾害等情况也会导致隧道断面出现变形，而运营隧道目前进行监测的有效手段不多。
据发明人了解，目前在运营隧道自动断面变形监测方面存在的问题，主要有以下几个方面：
(1)传统测试隧道断面采用隧道断面仪，需在隧道路面架设仪器，测试过程不能受到往来车辆遮挡，故监测人员与往来车辆会产生相互影响，不仅容易阻碍交通运行也降低了监测人员的工作效率及人身安全性。
(2)测试数据需从仪器导入计算机，数据获取时效性低，且监测数据需经人工进行分析处理，工作内容繁杂容易出错，故对数据处理人员的工作能力要求较高。
(3)传统运营隧道监测反馈及预警机制落后，由于数据获取慢、处理周期长，且容易出现人工误差，故不能及时对隧道运营安全进行反馈及预警，降低了隧道监测的目的性。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种智能化隧道全断面收敛监测装置及使用方法，本公开安置在隧道内部，可对整个隧道围岩收敛进行监测，并可查出变形位置，进行加固处理，防患于未然，确保隧道的安全运营。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种智能化隧道全断面收敛监测装置，包括激光扫描装置、无线信号传输装置、远程数据处理系统，激光扫描装置包括激光扫描仪、角度调整机构、自动旋转底座以及固定支撑件，其中：
所述激光扫描装置包括至少两个，以隧道中心线为轴对称布置；
固定支撑件设置于隧道内壁，固定支撑件上设置有自动旋转底座，所述自动旋转底座上设置有角度调整机构，所述角度调整机构端部设置激光扫描仪，使激光扫描仪的扫描区域三维可调；
激光扫描仪采集的信息通过无线信号传输装置传输至远程数据处理系统。
作为可选择的实施方式，所述远程数据处理系统由终端主机构成，被配置为进行断面线型绘制以及变形对比分析。
作为可选择的实施方式，所述激光扫描仪内配置有数据采集装置。
作为可选择的实施方式，所述数据采集装置，通过对隧道测点设定预设值，采集断面测点的三维坐标数据。
作为可选择的实施方式，所述固定支撑件包括支撑托架和放置台，所述支撑腿设置于放置台下方，二者通过螺栓连接，支撑托架的杆件间通过螺栓连接。
作为可选择的实施方式，所述隧道内壁上设置有钢筋预埋件，且钢筋预埋件外露端焊接支撑托架，安装时保证两侧支撑托架水平。
作为可选择的实施方式，所述角度调整机构和自动旋转底座替换为云台。
作为可选择的实施方式，激光扫描装置的自动旋转底座与放置台通过螺栓连接。
作为可选择的实施方式，激光扫描装置的设置位置，在横向上，是位于隧道两侧内壁的中、上方，呈对称布置，不要太靠下，以免影响车辆通行。
纵向上，一般是取决于隧道长度与隧道线型进行布置。例如，若是长直隧道或大半径弯曲隧道，布置在隧道中部即可；若隧道内出现小半径弯曲，则弯曲部位也需布置。
作为可选择的实施方式，所述无线信号传输装置，与数据采集装置匹配连接，用于接收隧道测点的三维坐标数据，将隧道断面变形监测数据发送至终端主机。
所述终端主机，与无线信号传输装置匹配连接，内设有数据分析软件，进行系统分析处理，绘制隧道断面线型，并进行变形对比分析，并远程操控激光扫描仪在水平方向以及竖直方向内的旋转。
一种适用于运营期隧道变形监测装置的使用方法，包括以下步骤：
将固定支撑件与隧道内壁监测断面的钢筋预埋件焊接；
光扫描装置安装完成后，开始检测，通过终端主机远程操控角度调整装置，进行竖直断面内的扫描；
通过自动旋转底座，操控激光扫描仪在水平方向内进行旋转，不断重复，完成对整个隧道断面的变形监测，完成一次隧道变形工作测量；
将监测数据上传至终端主机，终端主机通过对数据分析绘制出隧道断面线型，继而进行变形对比分析。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开的激光扫描装置以隧道中心线为轴对称布置在隧道内壁两侧指定位置，交叉扫描，可对隧道监测断面全方位监测并提高监测效率。
本公开的隧道两侧内壁分别布设激光扫描装置，两个监测数据形成全断面的隧道监测数据，可相互补充、对比分析。
本公开的可以全天候、全自动进行监测，不受来往车辆的影响，提高了工作效率。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本实施例隧道变形监测装置的流程示意图；
图2为本实施例隧道变形监测装置的示意图；
图3为本实施例隧道断面监测工作示意图；
图4为本实施例沿隧道方向工作示意图；
图中，隧道变形监测系统(1)，激光扫描装置(2)，无线信号传输装置(3)，远程数据处理系统(4)，激光扫描仪(5)，角度调整装置(6)，自动旋转底座(7)，固定支撑装置(8)，终端主机(9)，数据采集装置(10)，螺栓(11)，钢筋预埋件(12)，放置台(13)，支撑托架(14)。
具体实施方式
：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1-图4所示，一种适用于运营期隧道变形监测装置，包括激光扫描装置(2)、无线信号传输装置(3)、远程数据处理系统(4)。其中激光扫描装置(2)由激光扫描仪(5)、角度调整装置(6)、自动旋转底座(7)以及固定支撑装置(8)组成。远程数据处理系统由终端主机(9)组成，可进行断面线型绘制以及变形对比分析。
如图2所示，激光扫描装置(2)由激光扫描仪(5)、角度调整装置(6)、自动旋转底座(7)以及固定支撑装置(8)组成。以隧道中心线为轴对称布置两个激光扫描装置(1)，固定在隧道内壁进行全断面全方位监测。
如图2所示，激光扫描仪(5)，安置在固定支撑装置(8)的放置台(13)上，激光扫描仪(5)内配置有数据采集装置(10)。
如图2所示，数据采集装置(10)，通过对隧道测点设定预设值，可采集断面测点的三维坐标数据。
如图3所示，角度调整装置(6)，可以在竖直方向内进行自动旋转，对同一断面内的拱顶、拱腰、边墙、仰拱进行监测。
如图4所示，自动旋转底座(7)，可以自动旋转对准隧道断面点位，沿隧道方向进行扫描监测，对多个断面进行监测。
如图2所示，固定支撑装置(8)，由支撑托架(14)与放置台(13)组成，二者通过螺栓(11)连接。支撑托架(14)的杆件间通过螺栓(11)连接。钢筋预埋件(12)外露端焊接支撑托架(14)，安装时保证两侧支撑托架(14)水平。
无线信号传输装置(3)，与数据采集装置(10)匹配连接，用于接收隧道测点的三维坐标数据，然后可以将隧道断面变形监测数据发送至终端主机(9)。
终端主机(9)，与无线信号传输装置(3)匹配连接，内设有数据分析软件，可进行系统分析处理，绘制隧道断面线型，并进行变形对比分析。并可远程操控激光扫描仪(5)在水平方向以及竖直方向内的旋转。
如图2所示，激光扫描装置(1)的自动旋转底座(7)与放置台(13)通过螺栓(11)连接。
一种适用于运营期隧道变形监测装置的使用方法，包括以下步骤：
1.使用本装置(1)前，需要将固定支撑装置(8)与隧道内壁监测断面的钢筋预埋件(12)焊接；
2.激光扫描装置(2)安装完成后，开始检测，通过终端主机远程操控角度调整装置(6)，进行竖直断面内的扫描。
3.通过自动旋转底座(7)，操控激光扫描仪(5)在水平方向内进行旋转。重复步骤2，完成对整个隧道断面的变形监测。完成一次隧道变形工作测量。
4.通过无线信号传输装置(3)，将监测数据上传至终端主机(9)，终端主机(9)通过对数据分析绘制出隧道线型，继而进行变形对比分析。
终端主机内有内置软件，可以将上传的数据(数据指隧道内各测点的三维坐标)进行分析，并通过各点的三维坐标值绘制不同断面线型。最后将各断面的断面线型进行比较，从而进行判断。并且各断面的线型数据会被保存在终端主机内，可以与之后再次测量的数据进行二次对比，从而更准确的判断变形部位以及变形量。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。