CN105095671A - 沉降实时监测预警仪及系统与实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沉降实时监测预警仪及系统与实现方法，监测预警系统由至少一个沉降实时监测预警仪和至少一个终端设备共同工作组成，终端设备为普通的电脑或智能手机等，沉降实时监测预警仪包括构件A、构件B和构件C，所述构件C包括管道，所述构件A通过该管道与所述构件B连通，在使用的情况下，所述构件A、管道和构件B内装入液体，所述构件A、构件B内各设置一个用于测量各自内部液体压力的测压计。本发明关键在于每个实时监测预警仪内均装有两个测压计测压，根据其压力差的变化计算所监测断面上部结构的下沉量，从而可有效减少误差。

Description

沉降实时监测预警仪及系统与实现方法

技术领域

本发明涉及工程沉降实时监测技术领域，具体涉及一种用于洞室拱顶沉降实时监测预警仪及系统与实现方法。

背景技术

随着近几十年我国公路交通事业的快速发展，隧道越来越多，单洞隧道越来越长，如何在施工中不断地修正设计参数、优化施工方法，以及在不大幅增加施工成本的前提下有效避免事故的发生，对隧道施工进行实时、准确地监控量测必不可少。目前隧道施工中普遍通过使用水准仪、钢尺和塔尺等工具每隔一定时间测量拱顶预设测点和基准点的高差变化来计算拱顶下沉量，但是此方法有五个缺点：一，工作量大；二，精确度低；三，与其他环节的施工作业互相干扰大；四，无法提供实时数据；五，工作人员面临的危险较大。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种测量精度高的沉降实时监测预警仪及系统与实现方法。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种沉降实时监测预警仪，它包括构件A、构件B和构件C，所述构件C包括管道，所述构件A通过该管道与所述构件B连通，在使用的情况下，所述构件A、管道和构件B内装入液体，所述构件A、构件B内各设置一个用于测量各自内部液体压力的测压计,根据其压力差的变化计算所监测断面上部结构的下沉量。

一种沉降实时监测预警系统，它包括至少一个终端设备和至少一个权利要求1-7任一项所述的沉降实时监测预警仪，所述构件A或构件B上设置有与所述终端设备进行无线信号传输的信号收发装置。同时使用两个压力计是此沉降预警仪的关键；终端设备为普通的电脑或智能手机。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，所述预警仪同时使用两个压力计并根据其压力差的变化计算沉降量，两个压力计分别设置于构件A和构件B中。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件B上设置能开启或者关闭的孔。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件B上一处采用透明材料。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A内设置液体存储腔室，在未使用情况下，用于存储液体。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A与管道和构件B之间还通过数据线或者无线传输方式连接。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A上设置有可自动启动并可无线关闭的警示灯，且其灯光至少应有两种颜色以分别表示其监测对象所处的状态。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A上还设置有与终端设备之间进行无线信号传输的收发装置。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A或构件B内设置电源，该电源为构件A、构件B内的测压计、信息收发及传输装置和警报系统提供电能。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件C上间隔设置钩子或绳扣。

本发明还可以是：

一种沉降实时监测实现方法，其特征在于它包括：

将构件A设置于待监测工程上部；

构件B设置于待监测工程下部稳定处；

读取位于构件A和构件B内的测压计初期值分别为P_A1和P_B1；当待监测工程下沉Δh₁时，构件A随之下降Δh₁，导致液面下降Δh₁，而构件B无位移，由于长时间处于高压力下，构件B和构件C产生一定应变，以及液体挥发，导致液面下降Δh₂，此时，位于构件A和构件B内的测压计读数分别为P_A2和P_B2，其中P_A2＝P_A1-ρgΔh₂，P_B2＝P_B1-ρg(Δh₁+Δh₂)，则待监测工程下沉值：

Δh₁＝[(P_B1-P_A1)-(P_B2-P_A2)]/ρg

其中，ρ为液体密度，g为重力加速度。

根据本发明的另一个实施方案，所述构件A上设有装置可对构件A和构件B内的测压计信息按照上述方法进行处理得出沉降值，并通过无线信号传输方式发送至终端设备，终端设备上设置待监测工程沉降参数参考值，所述沉降实时监测预警仪的测量值超过该参考值时，终端设备发出警报信息，并无线启动沉降值超过设定值的预警仪的警报灯。也可将待检测工程沉降参考值设置于处理构件A和构件B中压力计信息的装置中，所述的某个沉降实时预警仪的测量值超过该参考值时，预警仪警报灯自动启动，同时向终端发出警报信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种沉降实时监测预警系统及其实现方法，具有：

(1)沉降实时监测预警系统由多个沉降实时监测预警仪和多个终端设备共同工作组成；

(2)每个预警仪同时使用两个测压计测压，根据其压力差的变化计算所监测断面上部结构的下沉量，可有效减少误差；终端设备为普通的电脑或智能手机等。

(3)通过已成熟的无线信号传输技术及装有此仪器应用程序的电脑或手机等终端设备来保证工作人员可实时监测任何断面的拱顶下沉数据，当某断面的沉降值超过设定值时，警报系统启动，工作人员可实时接收到警报信息，沉降实时监测预警仪的警报灯开启，沉降值超过设定值的断面的预警仪与其他断面的预警仪的警报灯灯光颜色不同，方便工作人员迅速确定危险断面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的沉降实时监测预警仪结构示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的沉降实时监测预警仪安装示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－构件A，2－构件B，3－构件C。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种沉降实时监测预警系统，由至少一个沉降实时监测预警仪和至少一个终端设备共同工作组成，终端设备为普通的电脑或智能手机等，预警仪如图1和图2所示，它包括构件A1、构件B2和构件C3，所述构件C3包括管道，所述构件A1通过该管道与所述构件B2连通，在使用的情况下，所述构件A1、管道和构件B2内装入液体(推荐水银)，所述构件A1、构件B2内各设置一个用于测量各自内部液体压力的测压计。

具体地，构件B2里设有一个测压计，构件B2侧边(或者上部)设有一个带有开关的小孔(当使用此仪器时，要往构件B2里充液体，此开关用于排除空气，待足够多液体进入构件B2时关闭此开关)，在小孔的附近应有一处是由透明的材质做成，以便于观测构件B2里面液体的多少，构件B2的底部为电池槽，电池为监测预警仪提供电能，并应有较长的续航时间，构件B2的材质应耐腐蚀，耐冲撞，耐高压，并具有较好的耐久性(对构件A1的材质要求同构件B2)，构件C3是一条管子，其上附有电线及数据线(当构件B2的数据采用无线传输方式传输给构件A1时，可省去此数据线)，构件C3连通构件A1和构件B2，在靠近构件A1端设有一个开关(当仪器处于闲置存放状态时，液体存储于构件A1里，此开关处于关闭状态用于防止液体外泄，也可将此开关设置于构件A1上，能保证此开关关闭时使液体不能从从构件A1流入构件C3即可)，构件C3的材质应耐腐蚀，耐冲撞，耐高压，耐撕扯，具有较好的耐久性，在长期的高压下应变较小。其每隔一定长度应设置一个钩子或者绳扣等，便于在洞室墙壁上固定，构件A1上方有一个钩子，可挂在洞室拱顶预先设置的钩子上，构件A1上表面设有一个带有开关的小孔(当仪器处于闲置存放状态时，此开关处于关闭状态用于防止液体外泄，当要使用此仪器时，将此开关开启，使构件A1内液体的上表面与大气连通，保证液体可顺利流入构件B2而不受大气压的影响)，构件A1的下部(储存水银腔室的底端)设置一个测压计，另外，构件A1的合适位置设置一个装置，可接收来自构件B2的信息，并将来自构件B2的信息与构件A1的信息进行合并处理，同时，其可以接收和发射无线信号，通过此装置与装有此仪器应用程序的手机或电脑等终端设备实现无线联通，在构件A1的下部设有一个可自动开启和无线关闭的警示灯，此灯的灯光应能在洞室中传播较远的距离，当某一监测断面的拱顶累计沉降值或沉降速率大于设定值时，警示灯自动开启(同时发送信息至监控控制电脑及相关工作人员的手机等终端设备上)，拱顶累计沉降值或沉降速率大于设定值的监测断面(危险断面)的仪器闪红色灯光，其他监测断面的仪器闪绿色(或别的颜色，能与危险断面的灯光明显区分开就行)灯光，通过灯光的闪烁提醒工作人员某断面拱顶累计沉降值或沉降速率超过设定值，颜色的差别可方便工作人员快速定位危险断面。

此仪器的基本原理为：根据P＝ρgh(P为所测点压力值，ρ为液体密度，g为重力加速度，h为测点至液面的高度)，可以看出，在液体密度ρ和重力加速度g不变的情况下，所测点压力P与测点距离液面的高度h成正比关系，当高度h变化时，压力P随之线性变化，对于此仪器，安装在构件A1和构件B2里的压力计读数初期分别为P_A1和P_B1，当拱顶下沉Δh₁时，构件A1随之下降Δh₁，导致液面下降Δh₁，而构件B2无位移，与此同时，由于长时间处于高压力下，构件B2和构件C3产生一定应变，即被撑得更大，以及液体挥发(量很小)，导致液面下降Δh₂，此时，安装在构件A1和构件B2里的压力计读数分别为P_A2和P_B2，其中P_A2＝P_A1-ρgΔh₂，P_B2＝P_B1-ρg(Δh₁+Δh₂)，则拱顶下沉值：

Δh₁＝[(P_B1-P_A1)-(P_B2-P_A2)]/ρg

当仪器闲置或处于运输过程中时，水银(或者别的液体)都在构件A1的腔室里存放，构件A1上表面及构件B2、构件C3上的开关都处于关闭状态。

构件A1内设置一个处理模块(也可考虑设置在终端设备内)，该处理模块根据构件A1、构件B2的监测数据，按以上Δh₁＝[(P_B1-P_A1)-(P_B2-P_A2)]/ρg的方式进行处理。

使用时，打开这三个开关，让液体充满构件B2和构件C3，要注意观察构件B2，不要让液体溢出，当液体充满构件B2时，关闭构件B2的开关，然后将构件A1挂在待监测工程上部(拱顶)位置，将构件C3沿边墙固定，将构件B2固定在待检测工程下部(拱脚)较为稳定处(如图2所示)，开启电子仪器的开关。然后，通过装有此仪器应用程序的电脑或手机对监测预警仪进行编号，并对监控预警仪进行参数(安装位置的里程桩号、最大沉降速率警戒线、最大累计沉降警戒线等)设置，安装数组监测预警仪后，即可对整个洞室形成拱顶沉降监测预警系统，只要有网有手机(或电脑)，工作人员可在任何地方任何时候获得洞室任何里程的拱顶沉降值，当某一断面的拱顶累计沉降值或沉降速率超过设定值时，其对应的预警仪的警示灯会自动开启闪烁红色灯光，其他监测断面的预警仪会自动闪烁绿色(或者别的颜色)的灯光，相关的手机和电脑等终端设备上也可实时接到警报信息，在隧洞内的工作人员也可通过闪烁的警示灯得到警报信息，并迅速确定危险断面，当工作人员采取适当的应急措施后可使用终端设备无线关闭警示灯，待危险消除后重新对此断面的预警仪进行安装及参数设定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种沉降实时监测预警仪，其特征在于它包括构件A(1)、构件B(2)和构件C(3)，所述构件C(3)包括管道，所述构件A(1)通过该管道与所述构件B(2)连通，在使用的情况下，所述构件A(1)、管道和构件B(2)内装入液体，所述构件A(1)、构件B(2)内各设置一个用于测量各自内部液体压力的测压计,根据其压力差的变化计算所监测断面上部结构的下沉量。

2.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件B(2)上设置能开启或者关闭的孔。

3.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件B(2)上一处采用透明材料。

4.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件A(1)内设置液体存储腔室，在未使用情况下，用于存储液体。

5.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件A(1)与管道和构件B(2)之间还通过数据线或者无线传输方式连接；所述构件C(3)上间隔设置钩子或绳扣。

6.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件A(1)和/或构件B(2)上设置警报系统，所述警报系统包括用于自动启动或无线关闭的警示灯，所述警示灯的显示设置为用于分别表示其监测对象所处状态的至少两种颜色。

7.根据权利要求1所述的沉降实时监测预警仪，其特征在于所述构件A(1)或构件B(2)上设置有用于对构件A(1)和构件B(2)内的测压计信息进行处理以得出沉降值的装置。

8.一种沉降实时监测预警系统，其特征在于它包括至少一个终端设备和至少一个权利要求1-7任一项所述的沉降实时监测预警仪，所述沉降实时监测预警仪内的构件A(1)或构件B(2)上设置有与所述终端设备进行无线信号传输的信号收发及传输装置，所述构件A(1)或构件B(2)内设置电源，该电源为构件A(1)、构件B(2)内的测压计、信息收发及传输装置提供电能，在所述沉降实时监测预警仪上设置警报系统的情况下，也为所述警报系统提供电能。

9.一种实现如权利要求8所述沉降实时监测预警系统的沉降实时监测实现方法，其特征在于它包括：

将构件A(1)设置于待监测工程上部；

构件B(2)设置于待监测工程下部稳定处；

读取位于构件A(1)和构件B(2)内的测压计初期值分别为P_A1和P_B1；当待监测工程下沉Δh₁时，构件A(1)随之下降Δh₁，导致液面下降Δh₁，而构件B(2)无位移，由于长时间处于高压力下，构件B(2)和构件C(3)产生一定应变，以及液体挥发，导致液面下降Δh₂，此时，位于构件A(1)和构件B(2)内的测压计读数分别为P_A2和P_B2，其中P_A2＝P_A1-ρgΔh₂，P_B2＝P_B1-ρg(Δh₁+Δh₂)，则待监测工程下沉值：

Δh₁＝[(P_B1-P_A1)-(P_B2-P_A2)]/ρg

其中，ρ为液体密度，g为重力加速度。

10.根据权利要求9所述的沉降实时监测实现方法，其特征在于通过对所述构件A(1)和构件B(2)内的测压计信息进行处理得出沉降值，并通过无线方式发送至终端设备，终端设备上设置待监测工程沉降参数参考值，所述沉降实时监测预警仪的测量值超过该参考值时，终端设备发出警报信息，并无线启动沉降值超过设定值的预警仪的警示灯，或将待检测工程沉降参考值设置于处理构件A(1)和构件B(2)中压力计信息的装置中，所述的某个沉降实时预警仪的测量值超过该参考值时，预警仪的警示灯自动启动，同时向终端发出警报信息。