盾构管片变形监测系统及其监测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113983941A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111067209.6(22)申请日2021.09.13(71)申请人中铁二十五局集团第五工程有限公司地址266000山东省青岛市崂山区科苑纬三路25号申请人中铁二十五局集团有限公司(72)发明人鲍汝苍张旭海马国松李金明姜智彬刘国山岳晓东任大广郭明俊赵建军(74)专利代理机构青岛汇智海纳知识产权代理有限公司37335代理人陈磊(51)Int.Cl.G01B11/16(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称盾构管片变形监测系统及其监测方法(57)摘要本发明所述的盾构管片变形监测系统及其监测方法，提出基于激光感测技术、采用无线缆链接、独立式锂电池供电方式，以期安装与拆卸便捷和电池续航时间可控的目的。通过仅覆盖盾构车架段范围内管片的监测系统，以最末尾的测量模块快速拆卸、安装到最前位置的“安装‑拆卸‑安装动态循环”监测手段，能够实现低成本监测和填补现有盾构车架段管片变形监测技术的空白。盾构管片变形监测系统包括，数组激光感测模块、以及自动全站仪和数据处理平台；其中，相邻两组激光感测模块间隔至少一组盾构管片，每组激光感测模块包括CCD激光接收靶、激光发射器和数据采集器。CN113983941ACN113983941A权利要求书1/3页1.一种盾构管片变形监测系统，其特征在于：包括数组激光感测模块、以及自动全站仪和数据处理平台；相邻两组激光感测模块间隔至少一组盾构管片，每组激光感测模块包括CCD激光接收靶、激光发射器和数据采集器；所述的CCD激光接收靶通过插槽垂直地固定在数据采集器上，在CCD激光接收靶上安装有衰减片；激光发射器通过支座固定在数据采集器上；在数据采集器的底部设置有数个真空吸盘，激光感测模块通过真空吸盘固定在盾构管片上；所述的激光发射器按照设定的频率f自动发射激光至CCD激光接收靶；所述的数据采集器还包括有输出接口模块、无线传输模块和供电模块。2.根据权利要求1所述的盾构管片变形监测系统，其特征在于：所述的数据处理平台包括图像处理模块、数据计算模块、数据存储单元和警报模块；其中，图像处理模块用于将图像信息转换成数字信号并进行分析处理，数据计算模块用于计算得出盾构管片的位移量数据，数据存储单元用于对上述盾构管片变形计算结果进行存储，警报模块用于判断管片当前状态是否存在破坏风险并发送相应的警报。3.根据权利要求2所述的盾构管片变形监测系统，其特征在于：所述的数据计算模块，将接收到的激光光斑图像数字信号进行计算以形成对光斑的定位、获取光斑中心的像素坐标，参考光斑中心初始位置得到光斑位移(△x’i,△y’i)即相邻两个激光感测模块对应盾构管片之间的相对位移，由光斑位移以及自动全站仪测得的工作基准点对应的管片位移得出车架段内盾构管片位移和位移变化速率；所述的相对位移包括水平相对位移和竖向相对位移。4.根据权利要求2所述的盾构管片变形监测系统，其特征在于：所述的警报模块，当计算的管片位移超过预警值、控制值或管片突然发生破坏产生较大变形、激光发射器受到意外遮挡而导致激光无法照射至对应的CCD激光接收靶时，将自动发出警报。5.应用如权利要求1至4任一所述盾构管片变形监测系统的监测方法，其特征在于：包括有以下步骤，步骤1，模块安装随着盾构车架段的前进，在车架段隧道外部的盾构管片拱顶处安装0﹟激光感测模块，以0﹟激光感测模块作为整个监测系统的工作基准点，再依次间隔相同数量的盾构管片安装数组激光感测模块；步骤2，建立基准位移量在车架段隧道外部，使用自动全站仪测量得到0﹟激光感测模块的位移变化情况，将该位移量数据输入到数据处理平台的数据计算模块，为车架段内激光感测模块对应管片位移的计算建立基准位移量；步骤3，生成图像从1﹟激光感测模块所处位置开始，每一激光感测模块按照依次地捕获相邻激光感测模块的激光发射器2发出的激光束以生成激光光斑图像；激光光斑图像信息以与激光发射器相同的频率f通过数据采集器3传输到数据处理平台的图像处理模块以进行图像处理与分析；步骤4，位移量计算2CN113983941A权利要求书2/3页数据计算模块对图像数字信号进行计算以形成光斑中心的像素坐标，参考光斑中心初始位置得到光斑位移(△x’i,△y’i)即相邻两个激光感测模块对应的盾构管片之间的相对位移量，进而通过基准位移量即0#激光感测模块对应的盾构管片位移量计算1#激光感测模块对应的盾构管片位移量，再通过1#激光感测模块对应的盾构管片位移量计算2#激光感测模块对应的盾构管片位移量，以此类推完成车架段内盾构管片位移的计算；步骤5，依次行进、循环计算伴随盾构车架段的前进，重新设立0﹟和结尾处激光感测模块；