CN103390328B

CN103390328B - 用于开挖引起的地陷预警的装置及其方法

Info

Publication number: CN103390328B
Application number: CN201310291262.3A
Authority: CN
Inventors: 殷德顺; 王宜新; 李强
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: CN103390328A

Abstract

本发明公开了一种用于开挖引起的地陷预警的装置及其方法，该装置包括地陷预警管尺以及配套下放器；所述地陷预警管尺包括呈中空结构的标尺载体，该中空的标尺载体在壁面开设排水孔，并在外壁设置水平刺，同时所述标尺载体的外壁沿长度方向设置刻度标尺；所述地陷预警管尺沿长度方向以不同颜色标识分段设置，相邻两段地陷预警管尺通过可拆卸的连接结构串接；所述配套下放器包括伸缩管以及连接器，所述伸缩管上设置有刻度，且伸缩管通过连接器与地陷预警管尺连接或者分离。由此可知：本发明可以及时发现地陷可能出现的地段，及时预警，使工程人员有足够的时间避免地陷产生，从而减少经济损失和避免社会恐慌。

Description

用于开挖引起的地陷预警的装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于开挖引起的地陷预警的装置和方法，涉及土建、交通等工程领域，它解决了现有技术很难预警开挖引起的软土地陷问题。

背景技术

目前，随着国家经济和城市建设的快速发展，越来越多的大型土木工程需要在软土地基上建造，如高层建筑物、公路或者地铁等。在软土地基上建造的大型土木工程因为软土的高含水率、高压缩性和低承载力等原因，都有很大的安全隐患。近几年全国出现了很多软土地基不稳定出现的地陷事故，造成了很大的人员伤亡和经济损失，这都是因为现有技术很难预警开挖引起的软土地陷问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术很难预警开挖引起的软土地陷的不足，而提供预警软土地陷的装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于开挖引起的地陷预警装置，包括地陷预警管尺以及配套下放器；所述地陷预警管尺包括呈中空结构的标尺载体，该中空的标尺载体在壁面开设排水孔，并在外壁设置水平刺，同时所述标尺载体的外壁沿长度方向设置刻度标尺；所述地陷预警管尺沿长度方向以不同颜色标识分段设置，相邻两段地陷预警管尺通过可拆卸的连接结构串接；所述配套下放器包括伸缩管以及连接器，所述伸缩管上设置有刻度，且伸缩管通过连接器与地陷预警管尺连接或者分离。

所述刻度标尺的精度为1厘米，且刻度标尺由两排E字形刻度尺拼接而成；各E字形刻度尺通过在长度方向以等长的E字形刻度和空白区相间连接而成，两排E字形刻度尺的E字形刻度在长度方向交错设置，且两排E字形刻度尺的E字形刻度的开口朝向相向而设；另外，两排E字形刻度尺中，非零刻度起始的那排E字形刻度尺，空白区顺序标识分米读数。

所述连接器包括伸缩管端部设置的连接头以及操控连接头与地陷预警管尺连接或者分离的操控机构，该操控机构包括弹簧、集钢丝管以及摇杆；所述连接头为一开口槽，弹簧的端部与开口槽的槽口连接，弹簧的中部通过集钢丝管与摇杆连接，所述集钢丝管穿过伸缩管的内腔设置，且连接头与地陷预警管尺之间通过多组配合使用的卡块-卡槽连接结构连接。

所述卡块-卡槽连接结构中，卡块设置于开口槽的槽口端部，而卡槽则开设于地陷预警管尺的壁面。

地陷预警管尺为脆性塑料材质，且每段地陷预警管尺的长度为2米；伸缩管包括四节管体，每节管体长度为1.5米。

一种基于上述用于开挖引起的地陷预警装置的地陷预警方法，包括以下步骤：（1）设置用于安置地陷预警管尺的标尺置放孔洞，该标尺置放孔洞位于软土区开挖沿线，且标尺置放孔洞的深度与地下桩的深度一致；（2）根据地下桩的深度确定地陷预警管尺的连接段数，各段地陷预警管尺按照其标识颜色在地陷预警管尺中的位置顺序串接；（3）采用配套下放器将步骤（2）组装的地陷预警管尺置入标尺置放孔洞；（4）当配套下放器将地陷预警管尺放入标尺置放孔洞中的稳定位置后，根据配套下放器上的刻度以及地陷预警管尺的长度获得地陷预警管尺底端与地面的间距，即为S₁；（5）记录完成后，分离配套下放器与地陷预警管尺，并取出配套下放器，之后用土将洞口掩埋标尺置放孔洞；（6）测量标尺置放孔洞洞口位置的高程；（7）开挖过程中，地陷预警管尺被挖断后，测量地陷预警管尺断口的高程，根据步骤（6）测量出的标尺置放孔洞洞口位置的高程，计算出工程开挖深度；（8）记录地陷预警管尺断口处显示的刻度；（9）将开挖深度和地陷预警管尺断口处显示的刻度相加，记为S₂；（10）将步骤（9）获得的S₂与步骤（4）获得的S₁相比较，以确定地陷预警管尺是否随地下软土抬升，并获得抬升的尺寸；（11）判断抬升的尺寸是否超过允许值，超过允许值，表明标尺置放孔洞周围存在地陷可能。

所述标尺置放孔洞为地质勘测孔洞，在进行步骤（3）前，现在前述的地质勘测孔洞置放一根外径与地陷预警管尺外径一致的塑料管，该塑料管的顶端与地下桩的底端平齐。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：

本发明所述地陷预警管尺所用材料质地较轻，且材料原料来源广泛，综合造价低廉。根据以上优势条件，地陷预警管尺可以大规模的生产，在运输和搬运过程中利于机械化或者人工搬运和运输，工程中大量使用时仅会增加少量费用，在大型土木工程中费用所占比例微不足道，可以在工程中广泛使用。同时，地陷预警管尺放置时使用配套下放器十分方便，并且管尺刻度类似测绘的标尺，大部分工程人员都可以进行读数，且精度较高，占用人力较少，效率很高。配套下放器可以多次使用，利用率高。更重要的是，该装置可以及时发现地陷可能出现的地段，及时预警，使工程人员有足够的时间避免地陷产生，从而减少经济损失和避免社会恐慌。

附图说明

图1a是该地陷预警管尺的主视图；图1b是图1a中I部分的放大结构示意图；图1c是图1a中II部分的放大结构示意图；图1d是图1a的断面结构示意图；

图2a是本发明的配套下放器示意图；图2b是图2a中III部分的放大结构示意图；图2c是图2a中IV部分的放大结构示意图；

图3是地陷原理示意图；

图中：地陷预警管尺1；E字形刻度11；排水孔12；连接孔13；分米读数14；水平刺15；卡槽16；地陷预警管尺的管壁17；配套下放器2；伸缩管管壁21；卡扣22；连接器23；弹簧231；钢丝232；连接头233；集钢丝管241；摇杆242。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

本发明所述用于开挖引起的地陷预警装置，包括地陷预警管尺以及配套下放器；其中：

所述地陷预警管尺，如图1所示，包括呈中空结构的标尺载体，该中空的标尺载体在壁面开设排水孔，并在外壁设置水平刺，同时所述标尺载体的外壁沿长度方向设置刻度标尺；所述地陷预警管尺沿长度方向以不同颜色标识分段设置，相邻两段地陷预警管尺通过可拆卸的连接结构串接；所述刻度标尺的精度为1厘米，且刻度标尺由两排E字形刻度尺拼接而成；各E字形刻度尺通过在长度方向以等长的E字形刻度和空白区相间连接而成，两排E字形刻度尺的E字形刻度在长度方向交错设置，且两排E字形刻度尺的E字形刻度的开口朝向相向而设；另外，两排E字形刻度尺中，非零刻度起始的那排E字形刻度尺，空白区顺序标识分米读数。地陷预警管尺为脆性塑料材质，且每段地陷预警管尺的长度为2米；伸缩管包括四节管体，每节管体长度为1.5米。

地陷预警管尺的表面为刻度、分米读数和排水孔，上下两端分别为连接器和配套的连接孔，其中最下一节下端封闭。读数方法：1、看颜色，确定为第几段管尺；2、看分米读数，确定分米数；3、看刻度，和分米读数平齐的E最下端为0，每条白线或黑线都为1厘米，可估读到毫米，此构造方便施工时读数。

标尺载体每隔十厘米开挖对称的两个直径一厘米的排水孔，方便地下水的渗透。

所述配套下放器，如图2所示，包括伸缩管以及连接器，所述伸缩管上设置有刻度，且伸缩管通过连接器与地陷预警管尺连接或者分离；所述连接器包括伸缩管端部设置的连接头以及操控连接头与地陷预警管尺连接或者分离的操控机构，该操控机构包括弹簧、集钢丝管以及摇杆；所述连接头为一开口槽，弹簧的端部与开口槽的槽口连接，弹簧的中部通过集钢丝管与摇杆连接，所述集钢丝管穿过伸缩管的内腔设置，且连接头与地陷预警管尺之间通过多组配合使用的卡块-卡槽连接结构连接。所述卡块-卡槽连接结构中，卡块设置于开口槽的槽口端部，而卡槽则开设于地陷预警管尺的壁面。另外，伸缩管分四节，可伸缩，也可通过卡扣稳定连接。

使用时，先将伸缩管下部与地陷预警管尺连接并放入指定位置，测量后转动摇杆拉起钢丝，钢丝带动弹簧，使连接器与塑料地陷预警管尺分离，完成下放任务。

图3为地陷原理示意图，当地基开挖时，由于开挖区土压力减小，其它地区土压力不变，所以附近未开挖区的土会通过某些不稳定通道涌入开挖区，抬高开挖区的地面，同时附近未开挖区的土会出现流动，有发生地陷的趋势。实际工程施工中这种地下土流动的现象很难被提前发现，发现时往往造成了一定的工程事故。故本专利通过在地下埋预警管尺的方法，及时监测，为施工安全提供参考。

一种基于上述用于开挖引起的地陷预警装置的地陷预警方法，包括以下步骤：（1）设置用于安置地陷预警管尺的标尺置放孔洞，该标尺置放孔洞位于软土区【大型土木工程施工前都会进行地质勘探，一般用勘探机器钻孔取样，根据勘查结果（现场能够判定），如果勘测地段属于软土地区（这样的地段容易发生地陷），则需要安放塑料地陷预警管尺】开挖沿线，且标尺置放孔洞的深度与地下桩的深度一致；（2）根据地下桩的深度确定地陷预警管尺的连接段数，各段地陷预警管尺按照其标识颜色在地陷预警管尺中的位置顺序串接，本申请中，地陷预警管尺按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序连接，分别表示0-2米、2-4米、4-6米等以此类推；（3）采用配套下放器将步骤（2）组装的地陷预警管尺置入标尺置放孔洞；（4）当配套下放器将地陷预警管尺放入标尺置放孔洞中的稳定位置后，根据配套下放器上的刻度以及地陷预警管尺的长度获得地陷预警管尺底端与地面的间距，即为S₁；（5）记录完成后，分离配套下放器与地陷预警管尺，并取出配套下放器，之后用土将洞口掩埋标尺置放孔洞；（6）可以采用经纬仪和水准仪或者全站仪测量标尺置放孔洞洞口位置的高程；（7）开挖过程中，地陷预警管尺被挖断后，测量地陷预警管尺断口的高程，根据步骤（6）测量出的标尺置放孔洞洞口位置（地面）的高程，计算出工程开挖深度；（8）记录地陷预警管尺断口处显示的刻度；（9）将开挖深度和地陷预警管尺断口处显示的刻度相加，记为S₂；（10）将步骤（9）获得的S₂与步骤（4）获得的S₁相比较，以确定地陷预警管尺是否随地下软土抬升，并获得抬升的尺寸；（11）判断抬升的尺寸是否超过允许值，超过允许值，表明标尺置放孔洞周围存在地陷可能。

Claims

1.一种用于开挖引起的地陷预警装置，其特征在于，包括地陷预警管尺以及配套下放器；所述地陷预警管尺包括呈中空结构的标尺载体，该中空的标尺载体在壁面开设排水孔，并在外壁设置水平刺，同时所述标尺载体的外壁沿长度方向设置刻度标尺；所述地陷预警管尺沿长度方向以不同颜色标识分段设置，相邻两段地陷预警管尺通过可拆卸的连接结构串接；所述配套下放器包括伸缩管以及连接器，所述伸缩管上设置有刻度，且伸缩管通过连接器与地陷预警管尺连接或者分离。

2.根据权利要求1所述用于开挖引起的地陷预警装置，其特征在于，所述刻度标尺的精度为1厘米，且刻度标尺由两排E字形刻度尺拼接而成；各E字形刻度尺通过在长度方向以等长的E字形刻度和空白区相间连接而成，两排E字形刻度尺的E字形刻度在长度方向交错设置，且两排E字形刻度尺的E字形刻度的开口朝向相向而设；另外，两排E字形刻度尺中，非零刻度起始的那排E字形刻度尺，空白区顺序标识分米读数。

3.根据权利要求2所述用于开挖引起的地陷预警装置，其特征在于，所述连接器包括伸缩管端部设置的连接头以及操控连接头与地陷预警管尺连接或者分离的操控机构，该操控机构包括弹簧、集钢丝管以及摇杆；所述连接头为一开口槽，弹簧的端部与开口槽的槽口连接，弹簧的中部通过集钢丝管与摇杆连接，所述集钢丝管穿过伸缩管的内腔设置，且连接头与地陷预警管尺之间通过多组配合使用的卡块-卡槽连接结构连接。

4.根据权利要求3所述用于开挖引起的地陷预警装置，其特征在于，所述卡块-卡槽连接结构中，卡块设置于开口槽的槽口端部，而卡槽则开设于地陷预警管尺的壁面。

5.根据权利要求1所述用于开挖引起的地陷预警装置，其特征在于，地陷预警管尺为脆性塑料材质，且每段地陷预警管尺的长度为2米；伸缩管包括四节管体，每节管体长度为1.5米。

6.一种基于权利要求1所述用于开挖引起的地陷预警装置的地陷预警方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）设置用于安置地陷预警管尺的标尺置放孔洞，该标尺置放孔洞位于软土区开挖沿线，且标尺置放孔洞的深度与地下桩的深度一致；（2）根据地下桩的深度确定地陷预警管尺的连接段数，各段地陷预警管尺按照其标识颜色在地陷预警管尺中的位置顺序串接；（3）采用配套下放器将步骤（2）组装的地陷预警管尺置入标尺置放孔洞；（4）当配套下放器将地陷预警管尺放入标尺置放孔洞中的稳定位置后，根据配套下放器上的刻度以及地陷预警管尺的长度获得地陷预警管尺底端与地面的间距，即为S1；（5）记录完成后，分离配套下放器与地陷预警管尺，并取出配套下放器，之后用土将洞口掩埋标尺置放孔洞；（6）测量标尺置放孔洞洞口位置的高程；（7）开挖过程中，地陷预警管尺被挖断后，测量地陷预警管尺断口的高程，根据步骤（6）测量出的标尺置放孔洞洞口位置的高程，计算出工程开挖深度；（8）记录地陷预警管尺断口处显示的刻度；（9）将开挖深度和地陷预警管尺断口处显示的刻度相加，记为S2；（10）将步骤（9）获得的S2与步骤（4）获得的S1相比较，以确定地陷预警管尺是否随地下软土抬升，并获得抬升的尺寸；（11）判断抬升的尺寸是否超过允许值，超过允许值，表明标尺置放孔洞周围存在地陷可能。

7.根据权利要求6所述的地陷预警方法，其特征在于，所述标尺置放孔洞为地质勘测孔洞，在进行步骤（3）前，先在前述的地质勘测孔洞置放一根外径与地陷预警管尺外径一致的塑料管，该塑料管的顶端与地下桩的底端平齐。