CN107314734A - 地下工程围岩位移实时观测装置 - Google Patents

地下工程围岩位移实时观测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地下工程监控量测装置领域，具体提供了一种地下工程围岩位移实时观测装置，包括位移传递杆、与位移传递杆连接的内部锚固端头，位移传递杆还与围岩内部位移数据获取装置连接，围岩内部位移数据获取装置包括支架、激光发射接收立柱、反射镜装置；反射镜装置铰接于支架和位移传递杆左端之间；激光发射接收立柱包括激光发射器、激光传感器、显示器以及沿其纵向所设的长度刻度；所述激光传感器、显示器分别与微处理器信号连接，微处理器与无线通信模块信号连接，无线通信模块与监控主机无线信号连接。本发明能够实时精确的监测地下工程围岩内部位移数据，并能够将位移数据实时传输到远端的监控室的监控主机，以便工程人员实时进行监控。

Description

地下工程围岩位移实时观测装置
技术领域
本发明涉及地下工程监控量测装置领域，特别涉及一种地下工程围岩位移实时观测装置。
背景技术
由于地下洞室或隧道等地下工程的开挖引起围岩的应力变化和相应的变形，距临空面不同深度处是各不相同的。围岩内部位移量测，即观测围岩表面、内部各测点间的相对位移值，能较好地反映出围岩的受力状态、岩体的扰动与松弛范围。通过该位移量测，可以确定围岩位移随深度变化的关系，可以判断开挖后围岩的松弛区、强度下降区以及弹性区的范围，可以判断锚杆长度是否适宜，以便确定合理的锚杆长度。
目前业界所使用的围岩内部位移计分为电测式和机械式两种，电测式位移计施测方便、操作安全、适应性强、灵敏度高，但受外界干扰较大，读数易受多种因素的综合影响，稳定性较差，埋设困难且费用较高。而其它类型的机械式内部位移计，内部锚固端多为楔缝式、胀壳式、支撑式等，工艺复杂、造价高昂、易受损坏等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种简单直观、测试灵敏度高的地下工程围岩位移实时观测装置，能够实时精确的监测地下工程围岩内部位移数据，并能够将位移数据实时传输到远端的监控室的监控主机，以便工程人员实时进行监控。
本发明的技术方案是：地下工程围岩位移实时观测装置，包括位移传递杆2以及锚固于孔底围岩处的内部锚固端头1，所述位移传递杆2右端固定在内部锚固端头1上，其左端穿出围岩测孔3与围岩内部位移数据获取装置连接，所述围岩内部位移数据获取装置包括支架16，支架16的左端固定有激光发射接收立柱8，支架16的右端设有与所述激光发射接收立柱8相对的用于反射激光发射接收立柱8所发射激光的反射镜18，所述反射镜18的下端与支架16相铰接，反射镜18的上端设有沿纵向方向的T形滑槽6，T形滑槽6内滑动连接有T形滑块5，T形滑块5与位移传递杆2左端相铰接；所述激光发射接收立柱8包括用于向反射镜18发射激光的激光发射器7以及沿激光发射接收立柱8纵向所设置的若干个用于接收反射镜18所反射激光的激光传感器9，其中不同位置的激光传感器9所接收到反射激光信号代表不同的围岩内部位移数据，沿激光发射接收立柱8纵向还设有用于直接读取反射激光照射位置的长度刻度10，所述激光发射接收立柱8上还设有用于显示围岩内部位移数据的显示器19；所述激光传感器9、显示器19分别与微处理器12信号连接，所述微处理器12以及激光发射器7均与电源模块11电连接，所述微处理器12还与无线通信模块13信号连接，无线通信模块13与设于监控室内的监控主机无线信号连接。
较佳地，所述位移传递杆2穿出围岩测孔3的部分设为伸缩杆结构，且该伸缩杆结构上设有固定其伸缩长度的定位机构。
较佳地，所述伸缩杆结构为伸缩套筒结构，所述定位机构为设于所述伸缩套筒结构上的定位螺栓15。
较佳地，所述位移传递杆2外还设有护筒4，护筒4内设有位移传递杆居中定位器14。
较佳地，所述监控室内的监控主机信号连接有无线接收模块，所述无线通信模块13通过无线接收模块与监控主机无线信号连接。
较佳地，所述微处理器是MSP430低功耗单片机；所述无线通信模块13、无线接收模块均是3G或4G无线通信模块；所述电源模块11包括电池仓以及安装于电池仓内的蓄电池。
较佳地，所述电源模块11、微处理器12以及无线通信模块13均设于支架16上。
本发明的有益效果：本发明实施例中，提供一种地下工程围岩位移实时观测装置，本发明在初始状态安装好以后，通过激光发射器向反射镜持续不断的发射激光束，通过反射镜对激光束进行反射，通过调整，使得所反射的激光束会射向激光发射接收立柱上的初始刻度以及对应的初始激光传感器；当围岩内部出现位移时，会导致位移传递杆向左移动，从而推动反射镜绕上、下铰接点转动，因此反射激光束与反射镜的夹角会变小，反射激光束在激光发射接收立柱上的落点便会向下移动到新的刻度及对应的激光传感器上，新的激光束落点与初始时刻的激光束落点之间的位置差便对应一定的位移传递杆移动的距离，通过查看事先在长度刻度上标注好的对应的位移数字，便可获知围岩内部位移数据值，而所接收到激光信号的激光传感器也预先设置好了对应的位移数字，此时所接收到激光信号的激光传感器会实时将激光接收信号传送给微处理器，微处理器会将预先所储存的对应于该传感器的相对应的围岩内部位移数值发送给显示器予以显示，同时微处理器还会将该围岩内部位移数值通过无线通信模块实时发送给监控室内的监控主机。因此，本发明利用光束反射角的微小变化所引起的反射光相对原接光束收点的距离改变较显著的原理，实现放大围岩内部位移的目的，从而能够更加精确的获取围岩内部位移数据。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的激光发射接收立柱示意图；
图3为本发明的反射镜与位移传递杆连接部位局部放大图；
图4为本发明的电系统框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见图1、图4，本发明实施例提供了一种地下工程围岩位移实时观测装置，包括位移传递杆2以及锚固于孔底围岩处的内部锚固端头1，所述位移传递杆2右端固定在内部锚固端头1上，其左端穿出围岩测孔3与围岩内部位移数据获取装置连接，所述围岩内部位移数据获取装置包括支架16，支架16的左端固定有激光发射接收立柱8，支架16的右端设有与所述激光发射接收立柱8相对的用于反射激光发射接收立柱8所发射激光的反射镜18，所述反射镜18的下端与支架16相铰接，反射镜18的上端设有沿纵向方向的T形滑槽6，T形滑槽6内滑动连接有T形滑块5，T形滑块5与位移传递杆2左端相铰接，如图3所示；参见图2，所述激光发射接收立柱8包括用于向反射镜18发射激光的激光发射器7以及沿激光发射接收立柱8纵向所设置的若干个用于接收反射镜18所反射激光的激光传感器9，其中不同位置的激光传感器9所接收到反射激光信号代表不同的围岩内部位移数据，沿激光发射接收立柱8纵向还设有用于直接读取反射激光照射位置的长度刻度10，所述激光发射接收立柱8上还设有用于显示围岩内部位移数据的显示器19；所述激光传感器9、显示器19分别与微处理器12信号连接，所述微处理器12以及激光发射器7均与电源模块11电连接，所述微处理器12还与无线通信模块13信号连接，无线通信模块13与设于监控室内的监控主机无线信号连接。
本发明在初始状态安装好以后，通过激光发射器向反射镜持续不断的发射激光束，通过反射镜对激光束进行反射，通过调整，使得所反射的激光束会射向激光发射接收立柱上的初始刻度以及对应的初始激光传感器；当围岩内部出现位移时，会导致位移传递杆向左移动，从而推动反射镜绕上、下铰接点转动，因此反射激光束与反射镜的夹角会变小，反射激光束在激光发射接收立柱上的落点便会向下移动到新的刻度及对应的激光传感器上，新的激光束落点与初始时刻的激光束落点之间的位置差便对应一定的位移传递杆移动的距离，通过查看事先在长度刻度上标注好的对应的位移数字，便可获知围岩内部位移数据值，而所接收到激光信号的激光传感器也预先设置好了对应的位移数字，此时所接收到激光信号的激光传感器会实时将激光接收信号传送给微处理器，微处理器连接有存储器，微处理器会将预先所储存在存储器内的对应于该传感器的相对应的围岩内部位移数值发送给显示器予以显示，同时微处理器还会将该围岩内部位移数值通过无线通信模块实时发送给监控室内的监控主机。因此，本发明利用光束反射角的微小变化所引起的反射光相对原接光束收点的距离改变较显著的原理，实现放大围岩内部位移的目的，从而能够更加精确的获取围岩内部位移数据。
进一步地，所述位移传递杆2穿出围岩测孔3的部分设为伸缩杆结构，且该伸缩杆结构上设有固定其伸缩长度的定位机构。通过该结构可以在安装本发明装置的时候调整激光束的反射角，使得激光束的落点恰好落在初始刻度以及对应的初始激光传感器上。
进一步地，所述伸缩杆结构为伸缩套筒结构，所述定位机构为设于所述伸缩套筒结构上的定位螺栓15。
进一步地，所述位移传递杆2外还设有护筒4，护筒4内设有位移传递杆居中定位器14。
进一步地，所述监控室内的监控主机信号连接有无线接收模块，所述无线通信模块13通过无线接收模块与监控主机无线信号连接。
进一步地，所述微处理器是MSP430低功耗单片机；所述无线通信模块13、无线接收模块均是3G或4G无线通信模块；所述电源模块11包括电池仓以及安装于电池仓内的蓄电池。
进一步地，所述电源模块11、微处理器12以及无线通信模块13均设于支架16上。
综上所述，本发明实施例提供的一种地下工程围岩位移实时观测装置，包括位移传递杆以及与移传递杆一端连接的锚固于孔底围岩处的内部锚固端头，位移传递杆的另一端穿出围岩测孔与围岩内部位移数据获取装置连接，围岩内部位移数据获取装置包括支架、激光发射接收立柱、用于反射激光发射接收立柱所发射激光的反射镜，反射镜的下端与支架相铰接，反射镜的上端设有沿纵向方向的T形滑槽，T形滑槽内滑动连接有与位移传递杆相铰接的T形滑块；激光发射接收立柱包括激光发射器以及沿其纵向所设的若干个用于接收反射镜所反射激光的激光传感器，沿激光发射接收立柱纵向还设有长度刻度，激光发射接收立柱上还设有用于显示围岩内部位移数据的显示器；所述激光传感器、显示器分别与微处理器信号连接，微处理器以及激光发射器均与电源模块电连接，微处理器还与无线通信模块信号连接，无线通信模块与监控主机无线信号连接。本发明在初始状态安装好以后，通过激光发射器向反射镜持续不断的发射激光束，通过反射镜对激光束进行反射，通过调整，使得所反射的激光束会射向激光发射接收立柱上的初始刻度以及对应的初始激光传感器；当围岩内部出现位移时，会导致位移传递杆向左移动，从而推动反射镜绕上、下铰接点转动，因此反射激光束与反射镜的夹角会变小，反射激光束在激光发射接收立柱上的落点便会向下移动到新的刻度及对应的激光传感器上，新的激光束落点与初始时刻的激光束落点之间的位置差便对应一定的位移传递杆移动的距离，通过查看事先在长度刻度上标注好的对应的位移数字，便可获知围岩内部位移数据值，而所接收到激光信号的激光传感器也预先设置好了对应的位移数字，此时所接收到激光信号的激光传感器会实时将激光接收信号传送给微处理器，微处理器会将预先所储存的对应于该传感器的相对应的围岩内部位移数值发送给显示器予以显示，同时微处理器还会将该围岩内部位移数值通过无线通信模块实时发送给监控室内的监控主机。因此，本发明利用光束反射角的微小变化所引起的反射光相对原接光束收点的距离改变较显著的原理，实现放大围岩内部位移的目的，从而能够更加精确的获取围岩内部位移数据。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.地下工程围岩位移实时观测装置，包括位移传递杆(2)以及锚固于孔底围岩处的内部锚固端头(1)，所述位移传递杆(2)右端固定在内部锚固端头(1)上，其左端穿出围岩测孔(3)与围岩内部位移数据获取装置连接，其特征在于，所述围岩内部位移数据获取装置包括支架(16)，支架(16)的左端固定有激光发射接收立柱(8)，支架(16)的右端设有与所述激光发射接收立柱(8)相对的用于反射激光发射接收立柱(8)所发射激光的反射镜(18)，所述反射镜(18)的下端与支架(16)相铰接，反射镜(18)的上端设有沿纵向方向的T形滑槽(6)，T形滑槽(6)内滑动连接有T形滑块(5)，T形滑块(5)与位移传递杆(2)左端相铰接；所述激光发射接收立柱(8)包括用于向反射镜(18)发射激光的激光发射器(7)以及沿激光发射接收立柱(8)纵向所设置的若干个用于接收反射镜(18)所反射激光的激光传感器(9)，沿激光发射接收立柱(8)纵向还设有用于直接读取反射激光照射位置的长度刻度(10)，所述激光发射接收立柱(8)上还设有用于显示围岩内部位移数据的显示器(19)；所述激光传感器(9)、显示器(19)分别与微处理器(12)信号连接，所述微处理器(12)以及激光发射器(7)均与电源模块(11)电连接，所述微处理器(12)还与无线通信模块(13)信号连接，无线通信模块(13)与设于监控室内的监控主机无线信号连接。
2.如权利要求1所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述位移传递杆(2)穿出围岩测孔(3)的部分设为伸缩杆结构，且该伸缩杆结构上设有固定其伸缩长度的定位机构。
3.如权利要求2所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述伸缩杆结构为伸缩套筒结构，所述定位机构为设于所述伸缩套筒结构上的定位螺栓(15)。
4.如权利要求1所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述位移传递杆(2)外还设有护筒(4)，护筒(4)内设有位移传递杆居中定位器(14)。
5.如权利要求1所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述监控室内的监控主机信号连接有无线接收模块，所述无线通信模块(13)通过无线接收模块与监控主机无线信号连接。
6.如权利要求1或5所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述微处理器是MSP430低功耗单片机；所述无线通信模块(13)、无线接收模块均是3G或4G无线通信模块；所述电源模块(11)包括电池仓以及安装于电池仓内的蓄电池。
7.如权利要求1所述的地下工程围岩位移实时观测装置，其特征在于，所述电源模块(11)、微处理器(12)以及无线通信模块(13)均设于支架(16)上。
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