CN102809360B - 杆式同轴多点位移测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测量边坡岩体和洞室围岩表面位移及内部变形的监测装置，具体为一种同轴结构的杆式多点位移测量装置，位移传递管的管径由小到大递增并按从内向外的顺序依次同轴套装，最内侧位移传递管上的锚头为实心锚头而其余位移传递管上的锚头为带通心孔的通心锚头；各通心锚头与相邻内侧的位移传递管连接且相邻内侧的位移传递管从通心锚头的通心孔穿过，各塑料套管在其外侧的通心锚头处截断和变径使通心锚头的锚固段外露；锚头与安装基座之间的距离按照其所在位移传递管从内向外的顺序依次递减。该杆式同轴多点位移测量装置最适合用于测量精度要求较高的场合，还可以用于有类似位移或变形监测需求的其它工程场合。

Description

杆式同轴多点位移测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量边坡岩体和洞室围岩表面位移及内部变形的监测装置，具体为一种同轴结构的杆式多点位移测量装置。
背景技术
采用多点位移计进行边坡岩体及洞室围岩的变形监测，是目前工程实际中最主要的方法之一，一般采用钻孔的形式进行多点位移计锚头及传递杆组件的埋设，在钻孔的孔口测量沿钻孔轴线方向的孔口位移和内部岩体变形。
目前所使用的杆式多点位移计为多传递杆组件（一个传递杆组件包括：一个锚头、一根传递钢杆、一根塑料套管）的多点组合形式，即按各锚头布置的要求将各自的传递杆组件集合捆扎在一起安装在钻孔内，位移传感器与孔口端头传递杆对向联接（每支位移传感器对接一根传递杆），构成了现有的杆式多点位移计。由于位移传感器与孔口端头传递杆对接，在位移传感器固定机架的影响下，一般不能采用人工测量机具进行人工测量，位移传感器安装基座孔口外露部分相对较长。而且无人工对应测量手段和数据，当位移传感器损坏后一般不能进行更换修复。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种杆式同轴多点位移测量装置，结构外形简洁且精密度较高，可同时采用人工测量和自动化监测，以提高监测的准确度，并且可以实现对位移传感器进行更换修复。
本发明的技术方案为，一种杆式同轴多点位移测量装置，包括安装基座和多根位移传递管，每根位移传递管两端分别设有锚头和测量端，位移传递管外部套装塑料套管，所述安装基座上有供位移传递管穿过的通道，锚头和测量端分别置于安装基座的两侧，所述位移传递管的管径由小到大递增并按从内向外的顺序依次同轴套装，最内侧位移传递管上的锚头为实心锚头而其余位移传递管上的锚头为带通心孔的通心锚头；各通心锚头与相邻内侧的位移传递管连接且相邻内侧的位移传递管从通心锚头的通心孔穿过，各塑料套管在其外侧的通心锚头处截断和变径使通心锚头的锚固段外露；锚头与安装基座之间的距离按照其所在位移传递管从内向外的顺序依次递减。
所述各测量端分别安装位移测量端子。
所述测量装置还包括多个位移传感器，每个位移传感器分别与一个位移测量端子相连。
所述安装基座的结构为凹形带翼板的圆筒状。
所述安装基座在靠近测量端子的一端安装固定板，固定板设有一个中心孔和多个位移传感器基座壳体的固定孔位，该固定孔位按照其安装数量呈等角度分布，位移传感器的基座壳体插入安装固定板的位移传感器安装孔位固定，每个位移传感器的测杆与对应的测量端子相连。
所述安装基座在靠近测量端设有保护罩，位移测量端子均置于保护罩内。
采用钢管作为位移传递杆，用不同管径的钢管由小到大递增同中心轴套装在一起，再加上各位移传递管前端的锚头、后端的测量端子，以及外层钢管段的塑料外套管，构成杆式同轴多点位移传递杆组件；根据工程实际需要设置各锚头的位置，即各位移传递管的长度，最内侧位移传递管最长且管径最小，其前端的锚头为实心锚头，其余长度依次递减和管径依次递增的位移传递管的前端锚头为通心锚头；外套塑料管在各通心锚头处截断和变径,使锚头的锚固段(有凹槽段)外露,以利于水泥灌浆将锚头与孔壁岩体固结。
在该杆式同轴多点位移传递杆组件的后端（孔口端）设有一个凹形带翼板的圆筒圆筒的安装基座，凹形圆筒部份安装在钻孔内，其翼板采用膨胀螺栓固定在孔口岩壁上，杆式同轴多点位移传递杆组件的后端穿过凹形圆筒底部的圆孔，并伸出孔口岩壁以外，依顺序设有测量端子，通过量测位移测量端子与安装基座环形凸缘之间的距离，即可实现人工测量；在安装基座环形凸缘内侧有一个位移传感器的安装固定板，设有一个中心孔和多个位移传感器的安装孔位，将各位移传感器的基座壳体插入安装固定板的位移传感器安装孔位固定，使位移传感器内藏于安装基座的凹形圆筒内，然后再将各位移传感器的测杆与对应的测量端子相连，以实现自动化监测；为了对测量端子和位移传感器进行保护，在安装基座的环形凸缘外侧设有一个保护罩套筒，测量端子和位移传感器均置于该保护罩内。
按照本发明的具体实施例，所述位移传递管为4根，且相邻位移传递管上的位移测量端子之间所成角度为90°。根据工程实际需要位移传递管也可设为3根或6根，设为3根时，相邻位移传递管上的位移测量端子之间所成角度为120°；设为6根时，相邻位移传递管上的位移测量端子之间所成角度为60°。
使用本发明提供的杆式同轴多点位移测量装置进行测量的方法如下：
（1）一般采用钻孔的方式埋设杆式同轴多点位移测量装置的锚头、位移传递管和塑料套管，并在孔口安装固定好基座；
（2）按单独人工机具测量或人工/自动化联测要求和特点安装位移测量端子，单独人工机具测量的位移测量端子见图1，人工和自动化联测的位移测量端子见图2；
（3）分别采用人工机具测量和位移传感器测量，令人工机具测量的初始值分别为L10、L20、L30、L40，位移传感器测量的初始值分别为l10、l20、l30、l40；
（4）若t时刻人工机具测量值分别为L1t、L2 t、L3 t、L4 t，位移传感器测量值分别为l1 t、l2 t、l3 t、l4 t，则各锚头至孔口的相对位移（或变形）量分别为：
1）人工机具测量值
△L1= L10-L1t
△L2= L20-L2t
△L3= L30-L3t
△L4= L40-L4t
2）位移传感器测量值
△l1= l10-l1t
△l2= l20-l2t
△l3= l30-l3t
△l4= l40-l4t
由以上可知，本发明所述杆式同轴多点位移测量装置，其测量端子可采用人工测量机具进行人工量测，安装位移传感器后可进行自动化监测，同时具有人工量测和自动化监测的功能；在工程使用中若需要更换位移传感器，可以根据更换位移传感器时的人工量测结果和初始量，计算出新安装位移传感器的状态量，因此，可以做到位移传感器更换后监测信息的连续性、可靠性和完整性；该杆式同轴多点位移测量装置结构外形简洁、施工安装灵活方便、可靠性较高，最适合用于测量精度要求较高的场合，还可以用于有类似位移或变形监测需求的其它工程场合。
附图说明
图 1 是杆式同轴多点位移测量装置的整体结构示意图；
图2是杆式同轴多点位移测量装置孔口基座和位移传感器安装结构图；
图3 是图2中A-A向的剖面图。
其中：1—实心锚头， 2—通心锚头， 3—位移传递管， 4—塑料套管， 5—位移测量端子，6—安装基座，7—固定板，8—保护罩，     9—位移传感器，10—观测电缆。
具体实施方式
如图1～图3所示，一种杆式同轴多点位移测量装置，包括：安装基座6，4根同中心轴套装在一起的位移传递管3和塑料套管4，位于整套位移传递管组件最前端的实心锚头1和根据工程实际需要位于中部的通心锚头2；所述安装基座6设有一个凹形圆筒状的位移传感器9的安装空腔，将凹形圆筒部份安装在钻孔内，其翼板采用膨胀螺栓固定在孔口岩壁上，杆式同轴多点位移传递杆组件的后端穿过凹形圆筒底部的圆孔，并伸出孔口岩壁以外；所述杆式同轴多点位移传递杆组件的后端（孔口端）依顺序安装测量端子5，并使相邻位移测量端子5之间所成的角度为90°，通过量测位移测量端子5与安装基座6的环形凸缘之间的距离实现人工测量；在安装基座6的环形凸缘内固定有一个位移传感器的安装固定板7，其上设有一个中心孔和4个位移传感器9的安装孔位，4个安装孔位呈4x90°分布，将各位移传感器9的基座壳体插入安装固定板7的位移传感器安装孔位固定，再将各位移传感器7的测杆与对应的测量端子5相连，实现自动化监测；为了对测量端子5和位移传感器9进行保护，在安装基座6的环形凸缘外侧设有一个保护罩套筒8，测量端子5和位移传感器9均置于该保护罩内。
以上实施例杆式同轴多点位移计监测具体做法及位移（或变形）监测成果计算叙述如下：
（1）将同轴位移传递管3和塑料套管4从内向外依次套装制做组装成传递杆组件。
（2）先安装第一个测点的实心锚头1和单管组件，加长单管组件至第二个测点，再安装第二个测点的通心锚头2和双管组件，以此类推组装成杆式同轴多点位移测量装置的全部4个锚头和整个位移传递管组件。
（3）将上述组装好的同轴多点位移传递管组件安装到钻孔内，使杆式同轴多点位移传递杆组件的后端伸出孔口岩壁以外，并在孔口固定安装基座6，进行钻孔内水泥灌浆，锚固各测点锚头1、2。
（4）依次安装各测点传递钢管的位移测量端子5，采用人工测量机具分别量测位移测量端子5与安装基座6的环形凸缘的距离，即分别测得L10、L20、L30、L40，我们分别定义为图1中4个测点的初始测量值。若某一时刻t测得上述4个测点的测值为L1t、L2t、L3t、L4t，则有：
1）4个锚头分别至孔口的轴向岩体变形量为
ΔL1 t = L10 -L1 t
ΔL2 t = L20 -L2 t
ΔL3 t = L30 -L3 t
ΔL4 t = L40 -L4 t
2）4个锚头相互间的轴向岩体变形量为
ΔL12 t =ΔL1 t -ΔL2 t
ΔL23 t =ΔL2 t -ΔL3 t
ΔL34 t =ΔL3 t -ΔL4 t
（6）如果安装位移传感器9进行测量，其位移传感器安装固定（调整到合适的量程位置）好后的初次测值为初始值，记作l10、l20、l30、l40。若某一时刻t测得上述4个测点的测值为l1t、l2t、l3t、l4t，则有：
1）4个锚头分别至孔口的轴向岩体变形量为
Δl1 t = l10 - l1 t
Δl2 t = l20 - l2t t
Δl3 t = l30 - l3 t
Δl4 t = l40 - l4 t
2）4个锚头相互间的轴向岩体变形量为
Δl12 t =Δl1 t -Δl2 t
Δl23 t =Δl2 t -Δl3 t
Δl34 t =Δl3 t -Δl4 t

Claims (7)

1. 一种杆式同轴多点位移测量装置，包括安装基座（6）和多根位移传递管（3），每根位移传递管（3）两端分别设有锚头和测量端，位移传递管（3）外部套装塑料套管（4），所述安装基座（6）上有供位移传递管（3）穿过的通道，锚头和测量端分别置于安装基座（6）的两侧，其特征是，所述位移传递管（3）的管径由小到大递增并按从内向外的顺序依次同轴套装，最内侧位移传递管（3）上的锚头为实心锚头（1）而其余位移传递管（3）上的锚头为带通心孔的通心锚头（2）；各通心锚头（2）与相邻内侧的位移传递管（3）连接且相邻内侧的位移传递管（3）从通心锚头（2）的通心孔穿过，各塑料套管（4）在其外侧的通心锚头（2）处截断和变径使通心锚头（2）的锚固段外露；锚头与安装基座（6）之间的距离按照其所在位移传递管（3）从内向外的顺序依次递减。
2.根据权利要求1所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述各测量端分别安装位移测量端子（5）。
3.根据权利要求2所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述测量装置还包括多个位移传感器（9），每个位移传感器（9）分别与一个位移测量端子（5）相连。
4.根据权利要求2所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述安装基座（6）的结构为凹形带翼板的圆筒。
5.根据权利要求2所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述安装基座（6）在靠近测量端设有保护罩（8），位移测量端子（5）均置于保护罩（8）内。
6.根据权利要求3所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述安装基座（6）在靠近测量端子（5）的一端安装固定板（7），固定板（7）设有一个中心孔和多个位移传感器（9）基座壳体的固定孔位，该固定孔位按照其安装数量呈等角度分布，位移传感器（9）的基座壳体插入安装固定板（7）的位移传感器安装孔位固定，每个位移传感器（9）的测杆与对应的测量端子（5）相连。
7.根据权利要求6所述杆式同轴多点位移测量装置，其特征是，所述位移传递管（3）为4根，且相邻位移传递管（3）上的位移测量端子（5）之间所成的角度为90°。
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