隧道變形監測設備和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及測量技術，尤其涉及一種隧道變形監測設備和系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國軌道交通的迅猛發展，隧道工程施工越來越普遍。在隧道施工中，隧道周邊圍巖不可避免地會產生變形，對隧道圍巖變形進行及時的監測和分析預報是隧道施工中保證施工安全、防止事故發生、合理確定隧道支護的十分重要的工作。
[0003]現有的隧道變形監測系統是按照規范規定的相應測量等級下的精度要求，在隧道中設置若干個斷面，在斷面的拱頂和邊墻上布設若干個監測點，通過對監測點的測量來分析隧道的變形量。現有技術中，由于地形和其他原因無法在隧道洞內布設控制點，在采用全站儀測量時只能采用三聯腳架法，該方法需要測量儀器高和棱鏡高，而因隧道洞內棱鏡和全站儀架設受限、光線差等原因，采用全站儀難以實現隧道內部的高精度測量，因此，基于現有的的隧道變形監測系統，目前通常采用水準觀測法對各監測點進行測量，通過在水準監測點上架設水準尺，利用水準儀觀測計算出監測點的高程，最終測算出隧道邊墻和拱頂的沉降量。
[0004]通過上述分析可知，為了保證高精度測量，現有的這種隧道變形監測系統布設的監測網只能采用水準觀測法測量，而水準觀測法只能獲取監測點的高程信息，因此該系統只能實現隧道內部的高精度沉降變形監測，無法實現隧道的高精度三維變形監測。
【實用新型內容】
[0005]針對現有技術的上述缺陷，本實用新型提供一種隧道變形監測設備和系統，用于實現隧道的高精度三維變形監測。
[0006]本實用新型提供一種隧道變形監測設備，包括:全站儀、多對側壁監測棱鏡以及兩個基準棱鏡；
[0007]所述兩個基準棱鏡部署在所述隧道的第一隧道口，每對側壁監測棱鏡相對設置在所述隧道的側壁上，且設置在隧道同一側壁上的側壁監測棱鏡等間隔部署；
[0008]所述全站儀可自所述隧道的第一隧道口向第二隧道口移動，以在每隔兩對側壁監測棱鏡的測站位置上對側壁監測棱鏡進行測量。
[0009]在本實用新型的一實施例中，在隧道同一側壁上的側壁監測棱鏡以60米的間隔部署。
[0010]在本實用新型的一實施例中，所述第一隧道口上還部署有至少一個監測棱鏡。
[0011 ]在本實用新型的一實施例中，所述第二隧道口上還部署有至少一個監測棱鏡。
[0012]在本實用新型的一實施例中，所述隧道的頂壁上還設置有頂壁監測棱鏡；
[0013]所述頂壁監測棱鏡位于每對側壁監測棱鏡所在的斷面上，或者，所述頂壁監測棱鏡每間隔一對側壁監測棱鏡部署在一對側壁監測棱鏡所在的斷面上。
[0014]在本實用新型的一實施例中，隧道變形監測設備還包括:水準儀，用于對所述全站儀在測量過程中的各測站位置進行標定。
[0015]在本實用新型的一實施例中，所述兩個基準棱鏡分別設置在可移動腳架上。
[0016]本實用新型還提供一種隧道變形監測系統，包括:計算機設備以及上述隧道變形監測設備，所述隧道變形監測設備與所述計算機設備通過通信電纜連接。
[0017]本實用新型提供的隧道變形監測設備和系統，每對側壁監測棱鏡相對設置在隧道的側壁上，且設置在隧道同一側壁上的側壁監測棱鏡等間隔部署；同時，隧道口設置有基準棱鏡，每隔兩對監測棱鏡設置一個測站點，因此，全站儀可采用邊角測量法自隧道的第一隧道口向第二隧道口移動進行測量，從而能夠在保證高精度測量的同時獲取到各監測棱鏡的三維坐標信息，實現隧道的高精度三維變形監測。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型提供的隧道變形監測設備實施例一的結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型提供的隧道變形監測設備實施例二的結構示意圖。
[0020]附圖標記說明:
[0021]1-全站儀；
[0022]2-側壁監測棱鏡；
[0023]3-基準棱鏡；
[0024]4-第一隧道口；
[0025]5-第二隧道口；
[0026]6-頂壁監測棱鏡。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]圖1為本實用新型提供的隧道變形監測設備實施例一的結構示意圖，如圖1所示，本實施例中的隧道變形監測設備包括:全站儀1、多對側壁監測棱鏡2以及兩個基準棱鏡3;兩個基準棱鏡3部署在隧道的第一隧道口 4，每對側壁監測棱鏡2相對設置在隧道的側壁上，且設置在隧道同一側壁上的側壁監測棱鏡2等間隔部署;全站儀I可自隧道的第一隧道口 4向第二隧道口5移動，以在每隔兩對側壁監測棱鏡2的測站位置上對側壁監測棱鏡2進行測量。
[0029]具體的，全站儀I能夠完成自動測距、測角，還能夠完成一個測站所需完成的工作，包括獲取高程、坐標等。側壁監測棱鏡2和基準棱鏡3可以選用現有的各種反射棱鏡，側壁監測棱鏡2布設在需要監測的監測點上，全站儀I可以根據側壁監測棱鏡2的反射信號獲取監測點的監測數據;基準棱鏡3布設在隧道洞口的基準點上，基準點是已知坐標的GPS點，全站儀I可以借助這些基準點來測量未知坐標的監測點，在實際測量時，可以在隧道兩端的洞口附近布設多個基準點，基準棱鏡3可以根據需要移動布設在這些基準點上。
[0030]本實施例中用于布設側壁監測棱鏡2的監測點和用于架設全站儀I進行測量的測站點所形成的監測網的布設方案可以參考高速鐵路線形工程的高精度cpm平面網布設方案，具體是在隧道中每隔一定距離布設一對監測點(每對監測點所在的鉛垂面可以稱為斷面)，這兩個監測點相對設置在隧道的側壁上，且水平設置，即同面等高;位于隧道同一側壁的監測點位于同一鉛垂面內；此外，測站點每隔兩對監測點(即兩個斷面)設置一個，優選的，每個測站點具體可以位于兩個斷面的中間位置。
[0031]需要說明的是，為了更全面形象的表示本實施例的監測網布設方案，圖1中用虛弧線表示每對側壁監測棱鏡2所在的斷面，實弧線表示隧道的兩個洞口，即第一隧道口4和第二隧道口 5;實方框表示架設在某個測站點(圖1中以靠近第一隧道口 4第一個測站點進行示例性說明)上的全站儀，虛方框表示各個測站點;實三角表示架設在基準點上的基準棱鏡3，虛三角表示其他基準點。圖1只是一種示例性說明，并非用于限定本實用新型。
[0032]以圖1所示的隧道變形監測設備的監測網布設方案為例，在進行測量時，全站儀I可以從布設有兩個基準棱鏡3的第一隧道口 4向第二隧道口 5移動，采用邊角測量法對側壁監測棱鏡2進行測量。其中，邊角測量法無需布設三聯腳架，該方法可以從任意測站點上觀測若干已知點的方向和距離，通過坐標變換算出該測站點的坐標，然后通過測站點坐標測算出未知監測點的坐標。
[0033]為了便于說明，將沿第一隧道口4向第二隧道口5方向的測站點依次標記為第一測站點、第二測站點……第M測站點，同樣的，將監測點上的側壁監測棱鏡2依次標記為第一對監測點、第二對監測點……第N對監測點;此外，對于某個測站點，向后觀測表示向第一隧道口 4的方向觀測，向前觀測表示向第二隧道口 5的方向觀測。具體的，在進行測量時，首先將全站儀I架設在第一測站點上(即第一站)，向后觀測隧道洞口布設的基準點、向前觀測隧道內布設的若干對監測點(例如第一對至第三對監測點)，根據基準點坐標算出第一測站點的坐標，再根據第一測站點的坐標測算出三對監測點的坐標;然后將全站儀I移動到第二測站點上(即第二站)，向后觀測兩對監測點、向前觀測三對監測點，根據在第一站時已測算出坐標的后方兩對監測點算出第二測站點的坐標，再根據第二測站點的坐標測算出前方三對監測點的坐標;接著再將全站儀I移動到第三測站點上(即第三站)，向后觀測三對監測點、向前觀測三對監測點，根據后方三對監測點算出第二測站點的坐標，再根據第二測站點的坐標測算出前方三對監測點的坐標；以此類推，直到測完所有的監測點。此外，測完所有的監測點后，全站儀I可以通過繼續觀測第二隧道口 5外的基準點來判斷監測誤差大小，并進行限差檢查，確定是否需要重測或補測；為了保證測量精度，可以讓全站儀I自動進行多測回測量。測量完成后，可以每間隔一段時間測量一次，每個監測點的坐標變化代表了該點的位移(即變形量)，通過測量結果的比對，可以對隧道洞內進行圍巖位移分析，從而分析隧道的穩定性。
[0034]現有技術中的隧道監測網布設方案，由于地形和其他原因無法在隧道洞內布設控制點，布設的監測網只能采用水準觀測法測量，而水準觀測法只能獲取監測點的高程信息，因此在進行隧道變形分析時，只能實現隧道內部各監測點在高程方向上的高精度沉降變形監測，而無法獲取平面位移變化信息，即無法實現隧道的高精度三維變形監測；