一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置及方法与流程

1.本发明涉及隧道施工设备技术领域，特别涉及一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置及方法。


背景技术：

2.隧道是一种埋置在地层内的地下建筑物，广泛应用于城市地铁和穿山越岭、越江的铁路、公路及水利等工程，给我们的日常生活带来了极大的便利。由于隧道具有缩短交通空间距离、对环境影响较小等优点，因此在穿山跨海的交通路线或城市轨道路线建设中常常会修建大量的隧道。
3.然而，由于隧道处于复杂的地质条件环境，隧道工程施工具有一定的复杂性，再加上自然环境和运营条件的变化，以及各种气候及人为因素的影响，导致隧道洞室产生收敛变形，收敛过大会影响到隧道施工的安全，甚至发生重大人员伤亡、经济财产损失、影响面广的恶性安全事故。隧道围岩既是荷载的来源也是承载的主体，因此，隧道施工过程中加强对其稳定性的监测对提高施工的安全性，保证施工的质量和进度具有十分重要的意义。
4.然而现有技术中对隧道围岩稳定性的监控通常需要耗费大量的人力、物力和时间，且工序相对复杂，同时由于环境和仪器等误差客观存在的原因，常常导致测量结果的精度不高且影响现场施工，有鉴于此，本发明人提出了一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置及方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置及方法，可以有效解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置，其包括报警模块、plc控制器、激光发生装置和与激光发生装置配合使用的两个激光接收装置，两个激光接收装置分别位于激光发生装置的两侧，所述报警模块、激光发生装置和激光接收装置均与所述plc控制器、电性连接；
8.具体的，所述激光发生装置包括第一弧形板，所述第一弧形板的两侧均等距固定安装有三个第一安装板，所述第一安装板远离第一弧形板的一端均固定安装有第一固定片，所述第一固定片的中部均螺纹连接有第一螺栓，所述第一螺栓的外表面上部均螺纹连接有第一固定筒，所述第一弧形板的下端对称固定安装有第一竖直板，且两个第一竖直板之间共同固定安装有第一承载板，所述第一承载板上端固定安装有第一控制箱和激光发射器；
9.所述激光接收装置包括第二弧形板，所述第二弧形板的两侧均等距固定安装有三个第二安装板，所述第二安装板远离第二弧形板的一端均固定安装有第二固定片，所述第一固定片的中部均螺纹连接有第二螺栓，所述第二螺栓的外表面上部均螺纹连接有第二固
定筒，所述第二弧形板的下端对称固定安装有第二竖直板，且两个第二竖直板之间共同固定安装有第二承载板，所述第二承载板上端固定安装有第二控制箱和两个激光接收板。
10.优选的，所述第一固定筒包括内筒，所述内筒的内壁设置有内螺纹，所述内筒的外表面套设有外筒，所述外筒的外表面从上往下依次等距固定安装有若干个加强翅片，且加强翅片与外筒为一体成型结构，所述第二固定筒的结构与第一固定筒的结构相同。
11.优选的，所述加强翅片远离外筒的一侧均向下倾斜，且该倾斜角为20-35
°
。
12.优选的，所述第一弧形板、第一安装板、第一固定片、第二弧形板、第二安装板和第二固定片均采用具有弹性的金属制成，且第二弧形板和第一弧形板的厚度均为3-5mm。
13.优选的，所述激光接收板上矩形阵列设置有若干个光电二极管，且任意相邻的两个光电二极管之间的距离范围为1-2mm。
14.优选的，所述第一控制箱和第二控制箱内均设置有可拆卸并且可循环充电的蓄电池。
15.一种采用上述的复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置进行监控的方法，具体步骤如下：
16.s1、首先在隧道顶壁上间隔一定的距离进行打孔，然后将第一固定筒顶入到孔内，通过采用工具将第一螺栓拧入到第一固定筒内，从而完成对激光发生装置的安装，采用同样的方法完成对激光接收装置的安装；
17.s2、保持第一控制箱和第二控制箱内的蓄电池电量充足，启动两个激光发射器，两个激光发射器发射出激光，从而被激光接收装置上的激光接收板接收，激光接收板上的光电二极管接收光照后产生电流，输出电信号，两个激光接收板持续工作，持续输出电信号；
18.s3、当隧道围岩发生变动时，由于设置有多个第一固定筒和第二固定筒，能够根据围岩的变动使得第一弧形板或者第二弧形板的位置发生一定的改变，进而使得激光发射器的光照角度发生改变，此时激光接收板接收的光照位置不通过，即由不同的光电二极管接收光照输出电信号，此时由plc控制器控制报警模块进行报警，实现对隧道围岩的实时监控
19.优选的，所述s1中，在实际安装时两个激光接收装置分别固定安装在激光发生装置的两侧并保证激光发射器与激光接收板位于同一高度，其在安装完成后，需要保证第一弧形板和第二弧形板均紧隧道顶壁。
20.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
21.本发明中，通过设置有激光发生装置和激光接收装置，在实际使用时，可将激光发生装置和激光接收装置固定在隧道顶壁，当围岩发生变动时利用多个加强翅片及时进行反馈使得加强翅片发生位移，进而使得第一弧形板或者第二弧形板发生位移，使得激光发射器发射的激光角度发生变化，达到监控的目的，而激光发生装置和激光接收装置的结构大体相似，其安装简便，使用方便，可达到持续监控隧道围岩稳定性的目的。
附图说明
22.图1为本发明的整体结构示意图；
23.图2为本发明的激光发生装置的整体结构示意图；
24.图3为本发明的激光接收装置的整体结构示意图；
25.图4为本发明的第一固定筒的剖面图；
26.图5为本发明的激光接收板的结构示意图；
27.图6为本发明的工作模块示意图。
28.图中：1、激光发生装置；11、第一弧形板；12、第一安装板；13、第一固定片；14、第一螺栓；15、第一固定筒；151、内筒；152、外筒；153、加强翅片；16、第一竖直板；17、第一承载板；18、第一控制箱；19、激光发射器；2、激光接收装置；21、第二弧形板；22、第二安装板；23、第二固定片；24、第二螺栓；25、第二固定筒；26、第二竖直板；27、第二承载板；28、第二控制箱；29、激光接收板；291、光电二极管。
具体实施方式
29.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
30.如图1-5所示，一种复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置，其包括报警模块、plc控制器、激光发生装置1和与激光发生装置1配合使用的两个激光接收装置2，两个激光接收装置2分别位于激光发生装置1的两侧，报警模块、激光发生装置1和激光接收装置2均与plc控制器、电性连接；需要说明的是，此处的报警模块可以是由plc控制器控制的蜂鸣报警器，其目的是当隧道围岩发生变动时及时报警。
31.具体的，如图2和图3所示，激光发生装置1包括第一弧形板11，第一弧形板11的两侧均等距固定安装有三个第一安装板12，第一安装板12远离第一弧形板11的一端均固定安装有第一固定片13，第一固定片13的中部均螺纹连接有第一螺栓14，第一螺栓14的外表面上部均螺纹连接有第一固定筒15，第一弧形板11的下端对称固定安装有第一竖直板16，且两个第一竖直板16之间共同固定安装有第一承载板17，第一承载板17上端固定安装有第一控制箱18和激光发射器19；
32.激光接收装置2包括第二弧形板21，第二弧形板21的两侧均等距固定安装有三个第二安装板22，第二安装板22远离第二弧形板21的一端均固定安装有第二固定片23，第一固定片13的中部均螺纹连接有第二螺栓24，第二螺栓24的外表面上部均螺纹连接有第二固定筒25，第二弧形板21的下端对称固定安装有第二竖直板26，且两个第二竖直板26之间共同固定安装有第二承载板27，第二承载板27上端固定安装有第二控制箱28和两个激光接收板29；在对激光发生装置1和激光接收装置2进行安装时，只需现在隧道壁上打孔，然后将第一固定筒15或者第二固定筒25钉入相应的孔内，然后将第一螺栓14拧入第一固定筒15内，第二螺栓24拧入第二固定筒25内即可对激光发生装置1和激光接收装置2进行安装，另外，第一控制箱18和第二控制箱28内均设置有可拆卸并且可循环充电的蓄电池，其用于对激光发射器19和激光接收板29进行供电。
33.能够看出的是，在实践中，激光发生装置1和激光接收装置2的不同之处在于只仅仅在于激光发射器19和激光接收板29的不同，其他结构都是相同的，即通过同样的方式可以对激光发生装置1和激光接收装置2进行安装，也更加利于整个监控装置的工厂化，其制备成本更低。
34.另外，如图4所示，第一固定筒15包括内筒151，内筒151的内壁设置有内螺纹，内筒151的外表面套设有外筒152，外筒152的外表面从上往下依次等距固定安装有若干个加强翅片153，且加强翅片153与外筒152为一体成型结构，第二固定筒25的结构与第一固定筒15
的结构相同。
35.需要特别说明的是，加强翅片153远离外筒152的一侧均向下倾斜，且该倾斜角为20-35
°
；且加强翅片153和外筒152均为具有弹性的金属材质制备而成，在实践中，能够利用多个呈一定夹角的加强翅片153增加第一固定筒15与隧道壁围岩的连接稳定性，同时当围岩发生变动时，也能够利用多个加强翅片153及时进行反馈使得加强翅片153发生位移，进而使得第一弧形板11或者第二弧形板21发生位移，使得激光发射器19发射的激光角度发生变化，达到监控的目的。
36.另外，本发明中，第一弧形板11、第一安装板12、第一固定片13、第二弧形板21、第二安装板22和第二固定片23均采用具有弹性的金属制成，且第二弧形板21和第一弧形板11的厚度均为3-5mm；在实际对激光发生装置1和激光接收装置2进行安装时，需要保证第一弧形板11和第一安装板12紧贴隧道壁，从而当围岩发生变动使得第一固定筒15和第二固定筒25发生变动时，能够带动第一弧形板11或者第二弧形板21发生形变，进而能够有效的实现对围岩稳定性的检测。
37.如图5所示，激光接收板29上矩形阵列设置有若干个光电二极管291，且任意相邻的两个光电二极管291之间的距离范围为1-2mm；因此，当围岩发生变动带动第一弧形板11或者第二弧形板21发生形变使得激光发射器19的角度发生改变时，其照射到激光接收板29上的位置发生变化，即利用不同的光电二极管291接收光照信息从而达到监控围岩发生变动的目的。
38.本发明还公开了一种采用上述的复杂地质隧道施工围岩稳定监控装置进行监控的方法，其特征在于，具体步骤如下：
39.s1、首先在隧道顶壁上间隔一定的距离进行打孔，然后将第一固定筒15顶入到孔内，通过采用工具将第一螺栓14拧入到第一固定筒15内，从而完成对激光发生装置1的安装，采用同样的方法完成对激光接收装置2的安装；
40.其中，在实际安装时，需要保证两个激光接收装置2分别固定安装在激光发生装置1的两侧并保证激光发射器19与激光接收板29位于同一高度，其在安装完成后，需要保证第一弧形板11和第二弧形板21均紧隧道顶壁。
41.s2、保持第一控制箱18和第二控制箱28内的蓄电池电量充足，启动两个激光发射器19，两个激光发射器19发射出激光，从而被激光接收装置2上的激光接收板29接收，激光接收板29上的光电二极管291接收光照后产生电流，输出电信号，两个激光接收板29持续工作，持续输出电信号；
42.s3、当隧道围岩发生变动时，由于设置有多个第一固定筒15和第二固定筒25，能够根据围岩的变动使得第一弧形板11或者第二弧形板21的位置发生一定的改变，进而使得激光发射器19的光照角度发生改变，此时激光接收板29接收的光照位置不通过，即由不同的光电二极管291接收光照输出电信号，此时由plc控制器控制报警模块进行报警，实现对隧道围岩的实时监控。
43.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其
等效物界定。