CN101691985B - 一种油封式百分表沉降仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油封式百分表沉降仪，包括：一吊挂件、至少一个测杆、一百分表、一测筒和一支撑件；吊挂件与待测目标之间为固定连接，测杆与吊挂件之间为可拆卸地连接，百分表位于测筒内被煤油浸没并与测杆之间为可拆卸地连接，测筒下部与支撑件之间为可拆卸地连接，支撑件与参照物之间为固定连接。本发明具有观测精度高、防锈蚀、观测方便、长期可靠性高、成本较低等明显优点。

Description

一种油封式百分表沉降仪

技术领域

本发明涉及岩土工程观测技术领域，尤其涉及一种油封式百分表沉降仪。

背景技术

对于现代地下工程、古地下工程、天然洞穴等的开发和利用，洞室稳定性评价是确保工程安全和人员安全的必要工作之一。工程实践及理论分析表明，顶板沉降监测不仅是洞室稳定性评价的重要依据，而且还是地下工程加固需求程度和加固效果评价的基础。随着科学技术的快速发展，目前主要有三类技术可用于洞室顶板沉降的监测，相应的功能和特点如下。

(1)钻孔伸长计

所谓钻孔伸长计，是指利用固定于钻孔内的固定装置和读数装置来观测钻孔内某点与孔口相对位移的一类仪器。当钻孔轴向竖直且孔内某固定点被认为是相对不动点时，孔口与该固定点之间的相对位移即为顶板沉降值。钻孔伸长计的观测方式主要有机械式(如百分表)和电测式(如电感式探头、电阻式探头等)两种，相应的适用条件不同，具体特点如下：

●为了获得接近实际的顶板沉降值，钻孔的深度应足够大，致使相应的钻孔施工不仅费用较高，而且有可能对顶板围岩产生较大的扰动；

●当机械式测读装置被固定于钻孔的孔口时，沉降观测的精度虽然较高，但测读装置有可能面临因锈蚀而失效的危险；

●当洞室的顶板较高时，利用机械式钻孔伸长计进行顶板沉降监测将面临登高量测困难的问题；

●电测式钻孔伸长计具有观测方便、精度较高等优点，但电测装置的成本一般较高，电测元件在潮湿、酸性等不利环境下还将面临防潮、防锈、老化、长期可靠性差等难以解决的关键问题；

●古地下工程是珍贵的不可移动文物，较深的顶板钻孔对文物的损害较大。

(2)收敛计

所谓收敛计，是指利用卷尺、丝线、接杆等观测装置来量测两测座间距离变化的一类仪器。当上测座被固定于顶板，而下测座被固定于上测座下方正对的底板上时，利用收敛计测得的收敛值即为顶板的沉降。根据观测装置的不同，收敛计一般可分为尺式、丝式和杆式收敛计。根据是否将测读装置固定于观测部位，还可以将收敛计分为固定式和携带式收敛计，前者的观测精度一般要高于后者。工程实践表明，将收敛计用于洞室顶板沉降观测时的特点如下：

●对于固定于潮湿、酸性等环境下的机械式收敛计，测读元件极易锈蚀而失去观测功能，长期观测时的可靠性不高；

●对于固定于潮湿、酸性等环境下的电测式收敛计，测读元件有可能会因为潮湿、锈蚀、老化、漂移而可能出现读数误差较大和失效的现象，长期观测时的可靠性不高；

●当利用机械式收敛计进行顶板沉降观测时，观测人员一般要到达现场才可进行测读，人身安全受到的威胁较大；

●用于固定上测座的钻孔规格一般较小(例如，钻孔直径＜20mm，钻孔深度＜300mm)，对洞室顶板的损害较小。

(3)光学类仪器

根据有无观测用的标靶，不妨将光学类仪器分为标靶式和无标靶式两种，主要包括水准仪、全站仪、二维激光扫描仪、三维激光扫描仪等仪器。将光学仪器架设在既定的位置，通过定期观测洞室顶板某点与仪器位置之间垂直距离的变化即可获得顶板的沉降值。工程实践表明，将光学类仪器用于洞室顶板沉降观测时的特点如下：

●需要专门的观测仪器和标靶，设备成本较高；

●上述光学类仪器的观测精度一般不会优于1mm，不适用于高精度的顶板沉降观测要求；

●对于不需要标靶的光学仪器，在较好的洞内观测环境下相应的观测精度将更低(不会优于2mm)；

●在不利的洞室环境(如潮湿、灰尘、振动等)下，利用光学类仪器进行顶板沉降观测的精度很低，情况严重时无法应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有洞室顶板沉降观测技术中存在观测精度低、测读元件易于锈蚀、长期可靠性差等问题，提出了一种具有观测精度高、防锈蚀、长期可靠性高、观测方便、成本较低的油封式百分表沉降仪，以便用于地下洞室顶板沉降的长期监测。

为达到上述目的，本发明给出了一种油封式百分表沉降仪，包括：一吊挂件、至少一个测杆、一百分表、一测筒和一支撑件；吊挂件与待测目标之间为固定连接，测杆与吊挂件之间为可拆卸地连接，百分表位于测筒内被煤油浸没并与测杆之间为可拆卸地连接，测筒下部与支撑件之间为可拆卸地连接，支撑件与参照物之间为固定连接。

百分表位于透明的测筒内，测筒内充满防止百分表锈蚀的煤油，百分表连接杆从测筒开口端一侧的带孔测筒盖和带孔盖板的中间穿过。

测杆之间可以进行相互连接，位于最下方的测杆的下端与百分表之间用百分表连接螺母进行固定连接，位于最上方的测杆的上端与吊钩进行固定连接。

测筒通过测筒封闭端的螺纹孔、支撑预埋件和混凝土测墩与洞室底板进行固定连接，也可将测筒的下部直接浇入混凝土测墩进行固定。

吊挂预埋件通过膨胀螺丝、钻孔内的水泥砂浆与洞室顶板进行固定，与吊环之间通过吊环连接螺母进行固定连接，吊环与吊钩之间可以自由转动。

图像获取装置包括但不限于照相机和摄像头，据此还可以进一步实现遥测或自动观测。

相对于现有沉降观测技术(包括钻孔伸长计、收敛计、光学类仪器)来说，本发明具有如下明显优点。

(1)较高的观测精度

本发明的所有部件都固定于观测现场，其中的测读装置(百分表)有着0.01mm的灵敏度，相应的观测精度优于0.02mm。显然，这一观测精度大大优于携带式钻孔伸长计和携带式收敛计，也远远高于光学类仪器的沉降观测精度。

(2)防锈蚀功能

地下洞室的湿度一般都较大，岩石中渗出的水有时呈酸性，机械式测读装置(如百分表等)和电测元件往往因为锈蚀而失去测读功能，这是现有固定式沉降观测仪器面临的共同难题。为了避免百分表的锈蚀，本发明利用透明液体(如煤油等)充满测筒的方法将百分表与洞内环境相隔离，以确保测读装置的长期有效。为了确保其他部件的抗锈蚀能力，本发明还采取了以下措施：

●测筒为非锈蚀的透明材料(如有机玻璃等)制作而成；

●吊环连接螺母、吊环、吊钩、百分表连接螺母可以但不限于为不锈钢制作；

●当测杆为金属杆体时，可以通过防锈漆、塑料套管、套管与杆体之间的抗氧化油等措施实现测杆的长期防锈蚀功能；

●对于支撑预埋件的外露部分，同样可以考虑上述防锈措施。

(3)长期可靠性高

本发明具有较高的观测精度，同时还克服机械式测读元件易于锈蚀、电测元件防潮、防老化、防锈蚀等不足。在不遭受人为破坏的前提下，利用本发明进行洞室顶板沉降观测的长期可靠性必然较高。

(4)观测方便

为了确保观测人员的人身安全，可以利用照相机在安全地带(如距离表盘10米之内)对百分表的表盘进行拍照记录，也可将摄像头固定于百分表表盘附近，然后通过电缆、手持式液晶显示器、计算机设备等在远处进行读数和记录，必要时还可以进行自动观测。显然，上述观测方式大大减少了测读工作量，而且还可以通过图片存储的方式降低误读率。

(5)成本较低

本发明的所有部件可以通过购买标准件(如大量程百分表、不锈钢吊环、不锈钢吊钩等)和常规材料(普通钢、有机玻璃等)的简单加工而得到，材料费用和加工费用都较低。现场安装工作仅涉及移动脚手架的搭设、钻孔施工、混凝土测座施工等内容，相应的安装费用也不高。

附图说明

图1是本发明所述的油封式百分表沉降仪的基本结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的油封式百分表沉降仪基本结构，可用于洞室顶板沉降监测。该沉降仪包括：吊挂件、至少一个测杆8、百分表15、测筒13和支撑件。吊挂件与待测目标(洞室的顶板)之间为固定连接，测杆8与吊挂件之间为可拆卸地连接，吊挂件包括吊挂预埋件4、吊环6和吊钩7，吊挂预埋件4被埋设于待测目标内，吊环6与吊挂预埋件4之间为螺纹连接，吊钩7与吊环6为挂接，测杆8与吊钩7的另一端为螺纹连接。

百分表15位于测筒13内被煤油浸没，并与测杆8之间为可拆卸地连接。测筒13可以是透明的，包括一开口端、一封闭端、一对应开口端的带孔测筒盖11和一对应带孔测筒盖11的带孔盖板12。此外，还包括一百分表连接杆10。百分表15固定在百分表连接杆10上，百分表连接杆10穿过测筒盖11与测杆8进行螺纹连接。

测筒13下部与支撑件为可拆卸地连接，支撑件与参照物(洞室的底板)之间为固定连接。其中，测筒13的封闭端底部设有一封闭孔，支撑件与所述封闭孔套接或螺纹连接。支撑件包括支撑杆预埋件17和混凝土测墩18，混凝土测墩18埋设于参照物内，支撑杆预埋件17被固定在混凝土测墩中。

此外，还包括一图像获取装置14，与百分表15的刻度盘对应设置，用于读数。

该油封式百分表沉降仪的具体安装过程为：

(1)在监测设计规定的待测目标1(即测点位置)，搭设登高作业的脚手架，在洞室顶板1上施工既定规格的钻孔2，用湿布或水枪清洗钻孔内残留的岩屑；

(2)在吊挂预埋件4的末端安装上膨胀螺丝，将其置入钻孔2的设计深度，通过旋紧膨胀螺丝的方式进行初步固定，然后在钻孔2和吊挂预埋件4之间注入超细水泥砂浆3，在孔口做好封孔措施，以防止水泥砂浆3渗漏；

(3)用吊环连接螺母5将吊环6与吊挂预埋件4的另一端进行螺纹连接，旋紧牢固后将吊钩7挂在吊环6上；

(4)在吊钩7的另一端与若干节测杆8的预制件进行螺纹连接，旋紧牢固后的所有测杆表面和接缝都要进行密封和防锈处理，将测杆8接至既定的长度；

(5)将测杆8从带孔盖板11和带孔测筒盖12上的孔中穿过，用百分表连接螺母9和百分表连接杆10将测杆8与百分表15进行固定连接；

(6)在百分表15正下方的洞室底板19(即参照物)上开挖出用于制作混凝土测墩18的坑，其横截面应不小于0.3m×0.3m，开挖深度应达到稳定的基岩，或者不浅于0.5m，当坑底不是稳定的基岩时，应将坑的深度加大，也可在坑底楔入一定规格和数量的钢管，以尽量确保混凝土测墩18将来不产生沉降；

(7)将百分表15从测筒的开口端放入测筒13，利用测筒13封口端的封闭孔来完成测筒13与支撑预埋件17之间的固定连接，按照测杆8和百分表15的自然悬垂状态来调整测筒13和支撑预埋件17的竖直状态，可以用水平尺进行检测，同时调整好测筒13和支撑预埋件17的高度，调整时要参考百分表15的量程和将来的沉降量；

(8)在混凝土测墩18的坑内浇注混凝土，将支撑预埋件17埋入混凝土，埋入深度以坚实牢固为准；

(9)待混凝土达到一定强度后，在测筒13内倒入煤油16并使之浸没百分表15，将带孔测筒盖12和带孔盖板11盖在测筒13的开口端，然后即可进行初读数和后续读数。

本发明用于地下洞室顶板的沉降监测，具有观测精度高、防锈蚀、长期可靠性高、观测方便、成本较低的优点。

Claims (4)

1.一种油封式百分表沉降仪，其特征在于，该沉降仪包括：一吊挂件、至少一个测杆、一百分表、一测筒和一支撑件；吊挂件与待测目标之间为固定连接，测杆与吊挂件之间为可拆卸地连接，百分表位于测筒内被煤油浸没并与测杆之间为可拆卸地连接，测筒下部与支撑件之间为可拆卸地连接，支撑件与参照物之间为固定连接；

其中，所述吊挂件包括一吊挂预埋件、一吊环和一吊钩，吊挂预埋件埋设于待测目标内，吊环与吊挂预埋件螺纹连接，吊钩与吊环挂接，所述测杆与吊钩另一端螺纹连接；

所述测筒包括一开口端、一封闭端、一对应开口端的带孔测筒盖和一对应带孔测筒盖的带孔盖板，封闭端底部设有一封闭孔；

所述油封式百分表沉降仪还包括：一百分表连接杆，百分表固定在百分表连接杆上，百分表连接杆穿过所述带孔测筒盖和带孔盖板与测杆螺纹连接；

所述支撑件与所述封闭孔套接或螺纹连接；

所述支撑件包括支撑杆预埋件和混凝土测墩，所述混凝土测墩埋设于参照物内，支撑杆预埋件被固定在混凝土测墩中。

2.根据权利要求1所述的沉降仪，其特征在于：所述测筒是透明的。

3.根据权利要求1所述的沉降仪，其特征在于，还包括：一图像获取装置，与百分表的刻度盘对应设置。

4.如权利要求3所述的沉降仪，其特征在于：所述图像获取装置是照相机或摄像头。

Images