一种隧道结构的自动监测系统、自动监测方法及其用途

摘要

本发明提供了一种隧道结构的自动监测系统，包括测量工具和监控平台；其中，测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪。监控平台设置在隧道外，与上述测量工具一一电连接。本发明的自动监测系统，利用测量工具实时获取监测断面中体现的隧道结构变形、应力变化和震动速度的信息，以准确掌握既有隧道的运营状况。在此基础上，本发明还提供了一种隧道结构的自动监测方法，采用上述自动监测系统，以准确获得新建隧道施工对既有隧道持续产生影响的完整数据，反映既有隧道运营安全的实时信息，准确指导新建隧道的施工。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体而言，涉及一种隧道结构的自动监测系统、自动监测方法及其用途。

背景技术

在既有的、正常运营的铁路隧道上方或下方新建公路隧道时，很大程度上会引起既有铁路隧道的周边围岩应力重新分布，使既有铁路隧道的纵向、横向内力发生变化，进而影响该铁路隧道的结构稳定而危及列车运营安全。

只有加强施工技术措施、安全措施，加强既有铁路隧道的安全监控，在爆破施工时减少对既有铁路隧道结构的扰动，把震速控制在安全合理的范围内，才能确保既有铁路隧道中各部位的结构安全和运营安全，在不中断既有铁路隧道运营的情况下安全的通过影响段的施工。

传统的检测设备一般由工人进行实时监控。另外，采用全站仪进行测量的检测系统中，由于新建隧道持续对既有隧道的结构产生影响，全站仪在变化的环境中容易出现偏差，而需要人为对全站仪的状态进行调整，导致施工效率受到影响，甚至由于预紧不及时而造成安全事故。所以，现有技术中没有合适的全自动监测系统和监测方案，以至于不能获得新建隧道施工对既有隧道持续影响的准确数据，难以掌握既有隧道运营安全的实时信息，不能准确指导新建隧道的施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道结构的自动监测系统和自动监测方法，以解决现有技术中对隧道结构变形和应力变化的监测工作存在的全站仪需要频繁调整、监测方法不够智能的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种隧道结构的自动监测系统，包括测量工具和监控平台；

测量工具包括隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪；

隧道沿自身长度方向设置多个监测断面，

隧道水平收敛检测单元设置于任一监测断面的拱腰；

隧道拱部沉降检测单元设置于任一监测断面的拱顶；

轨道竖向位移检测单元设置于任一监测断面的道床顶面；

隧道衬砌横向应力检测单元设置于任一监测断面的拱腰；

隧道衬砌纵向应力检测单元设置于监测断面的边墙内壁；

现场爆破检测单元设置于监测断面的边墙内壁；

全站仪浮动设置于隧道内一槽腔的液面，与隧道水平收敛检测单元和隧道拱部沉降检测单元光连接；

监控平台设置在隧道外，分别与全站仪、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元和现场爆破检测单元电连接。

在上述技术方案的基础上，进一步，槽腔设置有自动补水装置，以确保槽腔内液面位于设定的高度。——该技术方案的技术效果在于：槽腔内液面高度保证了全站仪的准确定位，而槽腔内液体容易因为蒸发或者渗漏，自动补水装置能够避免定位不准确。

在上述技术方案的基础上，进一步，还包括透明保护罩；透明保护罩将全站仪密封罩设在槽腔内。——该技术方案的技术效果在于：透明保护罩能够减少全站仪受列车高速通过的风速影响，还能起到防水、防尘、防止液体蒸发的作用。

在上述技术方案的基础上，进一步，还包括不少于三个稳定基准点；三个稳定基准点设置在新建隧道施工的影响范围之外，分别与全站仪光连接。——该技术方案的技术效果在于：三个稳定基准点用以对全站仪实施辅助定位。

在上述技术方案的基础上，进一步，全站仪的角度测量精度达0.5秒，距离测量范围为0到3000米。——该技术方案的技术效果在于：全站仪，即全站型电子测距仪(Electronic Total Station)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。考虑到监测精度要求和设备成本原因，优选采用徕卡Nova TM50系列全站仪，其0.5秒的角度测量精度和0到3000米的距离测量范围能够满足上跨隧道施工作业的测量要求。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置两个隧道水平收敛检测单元，分别位于监测断面的两侧拱腰。

——该技术方案的技术效果在于：监测断面内隧道左右两侧为近似弧形的曲线，为测量隧道水平收敛变形，故在左右两边各设置一个棱镜，即可体现隧道水平方向的变形情况。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，两个隧道水平收敛检测单元距离监测断面底部高度为1～2米。

——该技术方案的技术效果在于：实际检测经验数据显示，隧道左右两侧中部的水平变形尺寸是水平收敛变形的最大尺寸，所以选择将棱镜设置在监测断面底部高度1～2米的位置，具体可设置在1.5米处。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面的拱顶设置一个隧道拱部沉降检测单元。

——该技术方案的技术效果在于：在其中一个监测断面内，只需获得一个位置的隧道拱部沉降数据即可，故优选在隧道拱部最高的位置安装该棱镜。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元均为棱镜。

——该技术方案的技术效果在于：棱镜的工作原理是反射光信号。棱镜接收全站仪发出的光信号，并将其反射回去，全站仪发出光信号，并接收从反射棱镜反射回来的光信号，计算光信号的相位移等，从而间接求得光通过的时间，最后测出全站仪到反射棱镜的距离。具体地，棱镜外形呈L型。L型棱镜也称直角棱镜，方便安装固定，且具有较广的视角，能适应更灵活的监测方向。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，轨道竖向位移检测单元为梁式倾斜仪。

——该技术方案的技术效果在于：梁式倾斜仪随结构物的倾斜变形量与输出的电量呈对应关系，以此可测出被测结构物的倾斜角度，并可计算出以仪器安装基尺为标长的角位移的变化量，同时它的测值可显示出以零点为基准值倾斜角变化的正负方向。另外，为了确保监测数据的准确性，轨道竖向位移监测还将采用全站仪加“L”型棱镜的方式测试。通过数据相互对比分析、印证提高监测可靠性。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置两个轨道竖向位移检测单元，两个轨道竖向位移检测单元相对于隧道长度方向的纵向剖面对称设置。

——该技术方案的技术效果在于：由于铁路隧道中的轨道为两条，故应分别测量其竖向位移。另外，两级连接时，可以反应出被测路段的连续沉降情况。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，轨道竖向位移检测单元通过化学螺栓四角贴合地固定安装于隧道轨枕顶面。

——该技术方案的技术效果在于：四角贴合固定更能保证梁式倾斜仪的水平安装。同样的，化学螺栓是后埋件的一种，在预埋件漏埋或后建工程中使用，方便了梁式倾斜仪在道床顶面的后期加装。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元均为表面应变计。

——该技术方案的技术效果在于：表面应变计测量数据准确，受外界干扰影响小，并且成本低廉安装方便。能够将测得的衬砌混凝土的应变换算成结构横断面的应力。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置7个隧道衬砌横向应力检测单元和1个隧道衬砌纵向应力检测单元；监测断面一侧拱腰从上往下依次设置4个隧道衬砌横向应力检测单元，另一侧拱腰从上往下依次设置3个隧道衬砌横向应力检测单元和1个隧道衬砌纵向应力检测单元。

——该技术方案的技术效果在于：由于新建隧道位于上方或者下方，既有隧道在施工中受到横向震动压力较大，而在纵向的震动压力较小，故采用多个横向应力检测单元，而使用较少的纵向应力检测单元。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元通过固定支座安装在隧道衬砌表面；固定支座采用双螺母化学锚栓固定。

——该技术方案的技术效果在于：固定支座将表面应变计贴合紧固于隧道衬砌表面。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，现场爆破检测单元包括三向振动速度传感器。

——该技术方案的技术效果在于：三向振动速度传感器能够测量爆破震动在隧道的岩石环境中传播时，质点的实际运动参数，包括互相垂直三个分量，即垂直速度Vy、水平速度Vz、沿隧道走向速度Vx。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，任一监测断面内设置两个三向振动速度传感器，两个三向振动速度传感器分别位于监测断面的两侧拱腰。

——该技术方案的技术效果在于：振动受影响较大的是隧道左右两侧，而道床上影响较小，故在监测断面的两侧边墙内壁设置两个三向振动速度传感器可满足测量要求。

在上述技术方案的基础上，进一步，三向振动速度传感器采用双重卡扣固定并通过化学螺栓安装在隧道衬砌上。

——该技术方案的技术效果在于：振动受影响方向分解后为三个互相垂直的方向，采用双重卡扣，能够避免传感器的自身活动，真实反应爆破震动的速度特性。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括数据采集控制装置；数据采集控制装置一端连接电源，另一端电连接隧道水平收敛检测单元、隧道拱部沉降检测单元、轨道竖向位移检测单元、隧道衬砌横向应力检测单元、隧道衬砌纵向应力检测单元、现场爆破检测单元和全站仪；数据采集控制装置设置于隧道拱腰，距离地面高度大于等于1.5米，且进行防水防潮处理。

——该技术方案的技术效果在于：数据采集控制装置将全站仪及各个测量工具的供电、通讯、控制等配件封装在一起，以达到整合的效果。由于数据采用有线方式传输，又设置在地下，故需要进行防水防潮处理，为了方便安装和检修，其安装位置大约离地1.5米即可。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，数据采集控制装置通过无线信号和/或实体导线与监控平台连接。

——该技术方案的技术效果在于：为了提高信号在多变的隧道环境中输送的可靠性，数据采集控制装置优选采用有线和无线的方式与监控平台连接。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括与监控平台连接的报警器；监控平台能够通过报警器向外界发出警报。

——该技术方案的技术效果在于：报警器用于对突发状况的现场警报，提醒施工或检修人员发生可能的危险。其中，报警器可选用频闪灯、扬声器、烟雾器、蜂鸣器等，利用光照、烟雾和声音传播警报信息。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括与监控平台无线连接的移动终端。

——该技术方案的技术效果在于：为了方便业主、控制监管人员在不同的场合实时获取新建隧道对既有隧道的影响信息，增加了移动终端来接收监控平台的数据信息和警报信息。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括自检装置；自检装置与测量工具电连接。

——该技术方案的技术效果在于：自检装置提高了设备的可靠性和使用效率。

本发明还提供一种隧道结构的自动监测方法，包括如下步骤：

步骤一：在新建隧道施工前，测量工具获取全部监测断面的初始数据，并存储到监控平台；

步骤二：在新建隧道施工过程中，监控平台持续收集监测范围内的全部监测断面的实时数据；

步骤三：监控平台设置预警值，当任一监测断面的实时数据与其初始数据的差距达到预警值时，监控平台向外发出警报。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，预警值包括如下数据：

隧道衬砌的拉应力预警值为0.5兆帕；

隧道衬砌的压应力预警值为2.5兆帕；

隧道水平收敛、隧道拱部沉降预警值为2.5毫米；

轨道竖向位移预警值为1.0毫米；

隧道内现场爆破的震动速度预警值为2.0厘米每秒。

——该技术方案的技术效果在于：根据所在区域的岩石状况和施工要求，设置上述预紧值能够保证既有隧道的正常运营。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，在步骤二中，测量工具的监测频率设定如下：

新建隧道掌子面与最接近的监测断面的距离小于或等于5米时，监测频率为2小时一次；

新建隧道掌子面与最接近的监测断面的距离大于5米小于或等于15米时，监测频率为5小时一次；

新建隧道掌子面与最接近的监测断面的距离大于15米小于或等于30米时，监测频率为12小时一次；

新建隧道掌子面与最接近的监测断面的距离大于30米时，监测频率为一天一次。

——该技术方案的技术效果在于：根据实际施工进度和长期记录数据确定的上述数值的监测频率可保证监测数据的可用性和经济性。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，自检装置在测量工具启动前进行自我检查，且每间隔设定的时间段即启动一次自检。

——该技术方案的技术效果在于：自检程序的运行能够发现是否存在设备的失效和故障，帮助维护人员及时开展检修和保障工作。

在上述任一技术方案的基础上，进一步，还包括动检车和轨检车；动检车和轨检车根据运行要求对既有轨道实施检查并将数据输送到监控平台。

——该技术方案的技术效果在于：动检车和轨检车在常规列车运行中对轨道进行检修，可作为自动监测系统的辅助内容，补充完善了监测手段和轨道的动态数据，提高了自动监测系统的可靠性。

本发明还提供了两种隧道结构的自动监测方法的用途：

1、用于新建隧道上跨既有隧道施工时对既有隧道的监测。2、用于新建隧道下穿既有隧道施工时对既有隧道的监测。

需要说明的是，上述测量工具和监控平台均采用市电和备用电源两套电源实施供电。

综上，隧道结构的自动监测方法，在实施监测前对所有测量工具进行自检，在监测过程中将达到预警值的检测数据通过监控平台向报警器、移动终端发送警报，利用有线和无线两种信号输送方式确保检测数据的有效传输，利用市电和备用电源两套能源系统保障检测系统在突发事件中能够持续正常运行。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的隧道结构的自动监测系统，利用测量工具实时监测所需的监测断面中的隧道结构变形、应力变化和震动速度，以准确掌握隧道的运营状况。

2、本发明提供的隧道结构的自动监测方法，采用上述自动监测系统，以准确获得新建隧道施工对既有隧道持续产生影响的完整数据，反映既有隧道运营安全的实时信息，准确指导新建隧道的施工。

本发明的附加技术特征及其优点将在下面的描述内容中阐述地更加明显，或通过本发明的具体实践可以了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为新建隧道上跨既有隧道施工的内部结构示意图；

图2为新建隧道上跨既有隧道施工的外部示意图；

图3为新建隧道掌子面与既有隧道检测断面的相对位置示意图；

图4为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统位于检测断面的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统在全站仪所在隧道断面的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统中全站仪周围的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测方法的流程图。

图标：1-新建隧道；2-既有隧道；3-掌子面；4-监测断面；6-隧道水平收敛检测单元；7-隧道拱部沉降检测单元；8-轨道竖向位移检测单元；9-隧道衬砌横向应力检测单元；10-隧道衬砌纵向应力检测单元；11-现场爆破检测单元；12-全站仪；13-监控平台；14-槽腔；15-数据采集控制装置；16-报警器；17-移动终端；18-自检装置；19-自动补水装置；20-透明保护罩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一、现有技术说明：

图1为新建隧道1上跨既有隧道2施工的内部结构示意图；图2为新建隧道1上跨既有隧道2施工的外部示意图；图3为新建隧道1掌子面3与既有隧道2检测断面的相对位置示意图。如图1、2、3所示，在既有的、正常运营的铁路隧道上方或下方新建公路隧道时，很大程度上会引起既有铁路隧道的周边围岩应力重新分布，使既有铁路隧道的纵向、横向内力发生变化，进而影响该铁路隧道的结构稳定而危及列车运营安全。

在现有技术中，传统的检测设备一般由工人进行实时监控。另外，采用全站仪12进行测量的检测系统中，由于新建隧道1持续对既有隧道2的结构产生影响，全站仪12在变化的环境中容易出现偏差，而需要人为对全站仪12的状态进行调整，导致施工效率受到影响，甚至由于预紧不及时而造成安全事故。所以，现有技术中没有合适的全自动监测系统和监测方案，以至于不能获得新建隧道1施工对既有隧道2持续影响的准确数据，难以掌握既有隧道2运营安全的实时信息，不能准确指导新建隧道1的施工。

二、本发明技术方案概述：

本实施例提供的隧道结构的自动监测系统，包括测量工具和监控平台13；

测量工具包括隧道水平收敛检测单元6、隧道拱部沉降检测单元7、轨道竖向位移检测单元8、隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10、现场爆破检测单元11和全站仪12；

隧道沿自身长度方向设置多个监测断面4，

隧道水平收敛检测单元6设置于任一监测断面4的拱腰；

隧道拱部沉降检测单元7设置于任一监测断面4的拱顶；

轨道竖向位移检测单元8设置于任一监测断面4的道床顶面；

隧道衬砌横向应力检测单元9设置于任一监测断面4的拱腰；

隧道衬砌纵向应力检测单元10设置于监测断面4的边墙内壁；

现场爆破检测单元11设置于监测断面4的边墙内壁；

全站仪12浮动设置于隧道内一槽腔14的液面，与隧道水平收敛检测单元6和隧道拱部沉降检测单元7光连接；

监控平台13设置在隧道外，分别与全站仪12、轨道竖向位移检测单元8、隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10和现场爆破检测单元11电连接。

本实施例提供的隧道结构的自动监测方法，包括如下步骤：

步骤一：在新建隧道1施工前，测量工具获取全部监测断面4的初始数据，并存储到监控平台13；

步骤二：在新建隧道1施工过程中，监控平台13持续收集监测范围内的全部监测断面4的实时数据；

步骤三：监控平台13设置预警值，当任一监测断面4的实时数据与其初始数据的差距达到预警值时，监控平台13向外发出警报。

上述隧道结构的自动监测系统、隧道结构的自动监测方法的技术方案，能够较好地解决现有技术中对隧道结构变形和应力变化的监测工作存在的全站仪12需要频繁调整、监测方法不够智能的问题：利用测量工具实时监测所需的监测断面4中的隧道结构变形、应力变化和震动速度，以准确掌握隧道的运营状况。隧道结构的自动监测方法，采用上述自动监测系统，以准确获得新建隧道1施工对既有隧道2持续产生影响的完整数据，反映既有隧道2运营安全的实时信息，准确指导新建隧道1的施工。

三、本发明技术方案具体实施方式：

针对上述现有技术方案存在的技术问题，下面结合具体的实施方式对本发明的技术方案做进一步的解释说明：

本实施例提供了一种隧道结构的自动监测系统，其中：图4为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统位于检测断面的结构示意图；图5为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统在全站仪12所在隧道断面的结构示意图；图6为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测系统中全站仪12周围的结构示意图。如图4、5、6所示，隧道结构的自动监测系统包括测量工具和监控平台13；

测量工具包括隧道水平收敛检测单元6、隧道拱部沉降检测单元7、轨道竖向位移检测单元8、隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10、现场爆破检测单元11和全站仪12；

隧道沿自身长度方向设置多个监测断面4，

隧道水平收敛检测单元6设置于任一监测断面4的拱腰；

隧道拱部沉降检测单元7设置于任一监测断面4的拱顶；

轨道竖向位移检测单元8设置于任一监测断面4的道床顶面；

隧道衬砌横向应力检测单元9设置于任一监测断面4的拱腰；

隧道衬砌纵向应力检测单元10设置于监测断面4的边墙内壁；

现场爆破检测单元11设置于监测断面4的边墙内壁；

全站仪12浮动设置于隧道内一槽腔14的液面，与隧道水平收敛检测单元6和隧道拱部沉降检测单元7光连接；

监控平台13设置在隧道外，分别与全站仪12、轨道竖向位移检测单元8、隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10和现场爆破检测单元11电连接。

在上述实施例的基础上，如图6所示，进一步地，槽腔14设置有自动补水装置19，以确保槽腔14内液面位于设定的高度。

在上述实施例的基础上，如图5、6所示，进一步地，还包括透明保护罩20；透明保护罩20将全站仪12密封罩设在槽腔14内。

在上述实施例的基础上，进一步地，还包括不少于三个稳定基准点(未标注)；三个稳定基准点设置在新建隧道1施工的影响范围之外，分别与全站仪12光连接。

在上述实施例的基础上，进一步地，全站仪12的角度测量精度达0.5秒，距离测量范围为0到3000米。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，任一监测断面4内设置两个隧道水平收敛检测单元6，分别位于监测断面4的两侧拱腰。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，两个隧道水平收敛检测单元6距离监测断面4底部高度为1～2米。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，任一监测断面4的拱顶设置一个隧道拱部沉降检测单元7。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，隧道水平收敛检测单元6、隧道拱部沉降检测单元7均为棱镜。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，轨道竖向位移检测单元8为梁式倾斜仪。

其中，梁式倾斜仪的测量计算方法如下：

a)当被测结构物发生倾斜变形时，梁式倾斜仪将同步感受变形，其倾斜角度θ与输出的电量读数F有如下计算公式：

θ＝kF/3600

式中：

θ—被测结构物的实时倾斜角度，单位为度(°)；

k—倾斜仪测量倾斜角度的最小读数，单位为"/F；

F—倾斜仪的实时电量测量值，单位为F。

b)由倾斜角度即可计算出以仪器安装基尺为标长的角位移变化量，其角位移变化量Δh与倾斜角度θ有如下计算公式：

△h＝Lsinθ

式中：△h—被测结构物在基尺标距长度上相对于基准值的倾斜变形量，单位为毫米(mm)；

L—倾斜仪安装基尺的标长，单位为毫米(mm)；

θ—被测结构物的实时测量倾斜角度，单位为度(°)。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，任一监测断面4内设置两个轨道竖向位移检测单元8，两个轨道竖向位移检测单元8相对于隧道长度方向的纵向剖面对称设置。

在上述实施例的基础上，进一步地，轨道竖向位移检测单元8通过化学螺栓四角贴合地固定安装于隧道轨枕顶面。

在上述实施例的基础上，进一步地，隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10均为表面应变计。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，任一监测断面4内设置7个隧道衬砌横向应力检测单元9和1个隧道衬砌纵向应力检测单元10；监测断面4一侧拱腰从上往下依次设置4个隧道衬砌横向应力检测单元9，另一侧拱腰从上往下依次设置3个隧道衬砌横向应力检测单元9和1个隧道衬砌纵向应力检测单元10。

在上述实施例的基础上，进一步地，隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10通过固定支座安装在隧道衬砌表面；固定支座采用双螺母化学锚栓固定。

在上述实施例的基础上，进一步地，现场爆破检测单元11包括三向振动速度传感器。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，任一监测断面4内设置两个三向振动速度传感器，两个三向振动速度传感器分别位于监测断面4的两侧拱腰。

在上述实施例的基础上，进一步地，三向振动速度传感器采用双重卡扣固定并通过化学螺栓安装在隧道衬砌上。

在上述实施例的基础上，如图5所示，进一步地，还包括数据采集控制装置15；数据采集控制装置15一端连接电源，另一端电连接隧道水平收敛检测单元6、隧道拱部沉降检测单元7、轨道竖向位移检测单元8、隧道衬砌横向应力检测单元9、隧道衬砌纵向应力检测单元10、现场爆破检测单元11和全站仪12；数据采集控制装置15设置于隧道拱腰，距离地面高度大于等于1.5米，且进行防水防潮处理。

在上述实施例的基础上，进一步地，数据采集控制装置15通过无线信号和/或实体导线与监控平台13连接。

在上述实施例的基础上，如图1、2所示，进一步地，还包括与监控平台13连接的报警器16；监控平台13能够通过报警器16向外界发出警报。

在上述实施例的基础上，如图5所示，进一步地，还包括与监控平台13无线连接的移动终端17。

在上述实施例的基础上，如图4所示，进一步地，还包括自检装置18；自检装置18与测量工具电连接。

本发明还提供一种隧道结构的自动监测方法。其中：图7为本发明实施例提供的隧道结构的自动监测方法的流程图。如图7所示，本实施例提供的隧道结构的自动监测方法，包括如下步骤：

步骤一：在新建隧道1施工前，测量工具获取全部监测断面4的初始数据，并存储到监控平台13；

步骤二：在新建隧道1施工过程中，监控平台13持续收集监测范围内的全部监测断面4的实时数据；

步骤三：监控平台13设置预警值，当任一监测断面4的实时数据与其初始数据的差距达到预警值时，监控平台13向外发出警报。

在上述实施例的基础上，进一步地，预警值包括如下数据：

隧道衬砌的拉应力预警值为0.5兆帕；

隧道衬砌的压应力预警值为2.5兆帕；

隧道水平收敛、隧道拱部沉降预警值为2.5毫米；

轨道竖向位移预警值为1.0毫米；

隧道内现场爆破的震动速度预警值为2.0厘米每秒。

在上述实施例的基础上，进一步地，在步骤二中，测量工具的监测频率设定如下：

新建隧道1掌子面3与最接近的监测断面4的距离小于或等于5米时，监测频率为2小时一次；

新建隧道1掌子面3与最接近的监测断面4的距离大于5米小于或等于15米时，监测频率为5小时一次；

新建隧道1掌子面3与最接近的监测断面4的距离大于15米小于或等于30米时，监测频率为12小时一次；

新建隧道1掌子面3与最接近的监测断面4的距离大于30米时，监测频率为一天一次。

在上述实施例的基础上，进一步地，自检装置18在测量工具启动前进行自我检查，且每间隔设定的时间段即启动一次自检。

在上述实施例的基础上，进一步地，还包括动检车和轨检车；动检车和轨检车根据运行要求对既有轨道实施检查并将数据输送到监控平台13。

最后需要说明的是，上述测量工具和监控平台13均采用市电和备用电源两套电源实施供电。

综上，本发明提供的隧道结构的自动监测方法，(1)在实施监测前对所有测量工具进行自检，(2)在监测过程中将达到预警值的检测数据通过监控平台13向报警器16、移动终端17发送警报，(3)利用有线和无线两种信号输送方式确保检测数据的有效传输，(4)利用市电和备用电源两套能源系统保障检测系统在突发事件中能够持续正常运行。

本发明的两种隧道结构的自动监测方法可用于以下用途：1、用于新建隧道1上跨既有隧道2施工时对既有隧道2的监测。2、用于新建隧道1下穿既有隧道2施工时对既有隧道2的监测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。