CN107354931A - 土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，包括一体化测头、沉降及倾斜管、机架、沉降磁环、换向限位机构、拖动机构；机架上焊接有沉降及倾斜管，其下半部伸出机架、伸出长度为机架高度加一体化测头长度之和；其下部套装设有沉降磁环，沉降及倾斜管内部设有可移动的一体化测头；机架内设有换向限位机构，机架上面板设有拖动机构，还包括拉动一体化测头运动的信号电缆，信号电缆缠绕在绕线盘上、由拖动电机驱动轴向转动，由信号电缆带动转动的导向轮和旋转编码器，实现了沉降倾斜测量过程的自动监测。本发明的前端测点机构可多点布设在深基坑工地上，为深基坑施工提供实时、客观、稳定的基础监测数据。

Description

土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构

技术领域

本发明涉及土建施工测量技术领域，尤其涉及一种土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构。

背景技术

深基坑工程是指开挖深度超过5m(含5m)或地下室三层以上(含三层)，或深度虽未超过 5m(含5m)，但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。它是一项关系到社会公共安全、建筑工程质量安全以及和谐社会建设的系统工程，是城市建设领域的头号安全监控节点。随着城市建设步伐的日益加快，城市建设中高层及超高层建筑的大量涌现，城市中的深基坑工程工程数量越来越多，规模越来越大，技术复杂度越来越高，工期也越来越紧，工程将会越来越多，基坑深度会越来越深，从最初的5～7m发展到目前最深已达20m多，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节。但目前广泛应用的深基坑变形监测方法自动化程度低、劳动强度高，难以实现实时监控，深层水平位移和竖直沉降的监测方法不同，进一步降低了监测效率，增加了监测成本。对于深层水平位移，目前主要是利用测斜管和测斜仪进行人工测量、读数再进行上报，数据滞后明显；若采用沿测斜管分布多个测斜仪虽能实现自动测量，但意味着监测费用的数倍增长。对于深层竖直位移，目前主要是利用全站仪和水平仪进行测量，同样面临着人工测量的数据滞后或者监测费用的增长的问题。

发明内容

本发明的目的在于：为解决上述问题，本发明针对现有技术的不足，提供了一种土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，为深基坑施工提供实时、客观、稳定的沉降倾斜测量基础监测数据。

技术方案：为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，包括一体化测头、沉降及倾斜管、机架、沉降磁环、换向限位机构、拖动机构；

所述机架选用35×35×2㎜方形焊接钢管呈框架式正方体焊接结构设置，其上层呈纵向分别焊接有两条上纵梁，其下层呈纵向分别焊接有两条下纵梁，其上侧面左角端焊接有上面板，其下侧面左端焊接有下面板。

所述上纵梁、下纵梁呈上下两层夹持状分别焊接有呈竖直方向设置的沉降及倾斜管，所述沉降及倾斜管的上端部呈与上面板持平状，其下半部呈伸出机架状设置、其伸出长度为机架的高度外加一体化测头的长度之和。

所述沉降磁环包括沉降磁环Ⅰ、沉降磁环Ⅱ、沉降磁环N，所述沉降及倾斜管选用壁厚不锈钢材质钢管、其下部外侧沿轴向向上分别套装设置有沉降磁环Ⅰ、沉降磁环Ⅱ、沉降磁环 N，所述沉降及倾斜管内部设置有可上下移动的一体化测头1。

所述一体化测头，包括封头、倾斜传感器、滑轮组件、沉降传感器、测头壳体、环氧树脂、信号电缆，所述倾斜传感器、沉降传感器封装于测头壳体内部的上下两端，所述测头壳体的外部设置有滑轮组件、其端口采用封头封口、其腔内封满环氧树脂，并且倾斜传感器、沉降传感器的信号电缆引线分别引出封头。

所述沉降传感器选用涡流感应式传感器、配套沉降磁环，所述倾斜传感器选用伺服加速度式倾斜传感器，所述测头壳体选用壁厚0.2mm不锈钢材质的筒状壳体。

所述沉降及倾斜管上部外侧的机架框架内设置有换向限位机构，用于沿沉降及倾斜管内部轴向测量倾斜角度时，须将一体化测头正、反转测量2次，目的是消除一体化测头内的倾斜传感器的固有测量误差。

所述机架的上面板上设置有拖动机构，所述拖动机构，包括绕线盘、导向轮、压线轮、电气滑环、变速箱、联轴器、拖动电机、旋转编码器、绕线盘支架、导向轮支架，所述机架的上面板右端固定焊接有呈斜上45°夹角设置的导向轮支架，所述导向轮支架设置有与沉降及倾斜管入口端相对应的导向轮，所述机架的上面板左端设置有绕线盘支架，所述绕线盘支架上呈竖直方向上下两层分别设置有压线轮、绕线盘；所述导向轮、绕线盘、压线轮均可绕各自轴心转动。

所述一体化测头的信号电缆通过导向轮绕在绕线盘上，所述绕线盘将信号电缆收集整齐，兼具拉动一体化测头上下运动的功能，并使用压线轮将信号电缆排布压在绕线盘上，所述信号电缆选用四芯扁平电缆,分时复用。

所述拖动电机选用低转速大扭矩的TDY系列永磁低速同步电机、拖动一体化测头在沉降及倾斜管内上下运动，所述拖动电机输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴连接，所述变速箱选用蜗轮蜗杆减速机构、用于进一步降低拖动电机的转速，增大拖动电机的输出扭矩，实现拖动电机的为一体化测头沿沉降及倾斜管上下运动提供传递。所述变速箱的输出轴端部连接有电气滑环、绕线盘；

所述绕线盘由拖动电机提供动力,使其绕线盘能正反转动，带动信号电缆及一体化测头运动。所述电气滑环即导电滑环用于防止信号电缆缠绕在变速箱的输出轴上，其一端的电线与转动的信号电缆连接，可与变速箱的输出轴同步转动，另一端固定，信号电缆会转动。

所述导向轮轮轴上连接有旋转编码器，当一体化测头在沉降及倾斜管内上下运动时，在信号电缆的带动下，所述导向轮和旋转编码器发生转动，使其旋转编码器对一体化测头的位置进行编码，用于确定沉降点的相对位置关系。所述旋转编码器选用增量式光电旋转编码器，输出导向轮的角位移，其转动的角度由旋转编码器编码输出；使其转动的角度和导向轮直径的乘积就是一体化测头上下运动的距离。

所述换向限位机构包括丝杆锥齿轮、电机锥齿轮、沉斜锥齿轮、丝杆支架、换向电机、丝杆、丝杆挡块、上限位开关、下限位开关，所述机架内的沉降及倾斜管下端套装固定安装有沉斜锥齿轮；所述换向电机选用低转速大扭矩的TDY系列永磁低速同步电机固定安装在机架的下面板上、其输出轴端安装有电机锥齿轮，所述电机锥齿轮与沉降及倾斜管上的沉斜锥齿轮呈正交啮合状态；

所述丝杆上下两端呈竖直方向分别固定安装在机架内的丝杆支架上、并且丝杆下端穿过丝杆支架后、其端部固定安装有丝杆锥齿轮，所述丝杆锥齿轮与沉降及倾斜管上的沉斜锥齿轮呈相交啮合状态，所述丝杆上套装安装有丝杆挡块，所述上下两端的丝杆支架内的沉降及倾斜管的上下两端呈竖直方向分别固定安装有上限位开关、下限位开关；

所述换向限位机构提供了对本发明必要的保护措施，使得一体化测头到达上下极限位置时，提供极限位置信号，并具有在本装置失控时及时切断电源保护装置；

所述丝杆的传动是将正反转换向电机输出的旋转运动转变为直线运动，其丝杆上安装的丝杆挡块在碰到上限位开关、下限位开关后，将会通过主控制器直接切断换向电机、拖动电机的电源，使得电机停止当前方向的转动；同时，延时分别启动换向电机位置开关、拖动电机位置开关，使得正反转换向电机、拖动电机反方向的转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开的土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，包括一体化测头、沉降及倾斜管、机架、沉降磁环、换向限位机构、拖动机构；机架上焊接有沉降及倾斜管，其下半部伸出机架、伸出长度为机架高度加一体化测头长度之和；其下部套装设有沉降磁环，沉降及倾斜管内部设有可移动的一体化测头；机架内设有换向限位机构，机架上面板设有拖动机构，还包括拉动一体化测头运动的信号电缆，信号电缆缠绕在绕线盘上、由拖动电机驱动轴向转动，由信号电缆带动转动的导向轮和旋转编码器，实现了沉降倾斜测量过程的自动监测。本发明的前端测点机构可多点布设在深基坑工地上，为深基坑施工提供实时、客观、稳定的基础监测数据。

附图说明

图1是本发明的网络组成结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是图2A-A剖面结构示意图；

图5是本发明的换向限位机构示意图；

图中：1-一体化测头、11-封头、12-倾斜传感器、13-滑轮组件、14-沉降传感器、15-测头壳体、16-环氧树脂、17-信号电缆、2-沉降及倾斜管、3-机架、31-上纵梁、32-上面板、33-下纵梁、34-下面板、4-沉降磁环、41-沉降磁环Ⅰ、42-沉降磁环Ⅱ、43-沉降磁环N、5-换向限位机构、51-丝杆锥齿轮、52-电机锥齿轮、53-沉斜锥齿轮、54-丝杆支架、 55-换向电机、56-丝杆、57-丝杆挡块、58-上限位开关、59-下限位开关、6-拖动机构、 61-绕线盘、62-导向轮、63-压线轮、64-电气滑环、65-变速箱、66-联轴器、67-拖动电机、68-旋转编码器、69-绕线盘支架、70-导向轮支架。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

需要注意的是，这里的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”只是为了便于描述本发明而定义的示例性方向，如图2所示，纸面上侧方向为“上”，纸面下侧方向为“下”，纸面左侧方向为“左”，纸面右侧方向为“右”，纸面后侧方向为“后”，纸面前侧方向为“前”，纸面左右方向为“纵向”，纸面前后方向为“横向”。当然本领域技术人员在本发明的基础上理解，也可以其它方式定义“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方向，同样落入本发明的保护范围之内。

如图1所示，是本发明的网络组成结构示意图，包括前端测点机构层、控制器层、远程控制端层的3个层次，所述前端测点机构层由多个结构相同的前端测点机构组成、且每一个前端测点机构的输入端连接有一个一体化测头；所述控制器层包含有多个结构均相同的主控制器、且每一个主控制器通过电力线与一个前端测点机构相连接并进行载波通信，并且每一个主控制器通过GPRS与互联网连接；所述远程控制端层包含有监控中心、互联网，所述监控中心包括管理者、监控中心PC主机、打印机、网关，所述监控中心PC主机采用计算机、其计算机中安装控制软件和数据库，所述监控中心通过网关与互联网连接，所述监控中心PC主机分别与管理者、打印机、网关连接。

如图2-图5所示，是本发明的主视图，所述前端测点机构，包括一体化测头1、沉降及倾斜管2、机架3、沉降磁环4、换向限位机构5、拖动机构6；

所述机架3选用35×35×2㎜方形焊接钢管呈框架式正方体焊接结构设置，其上层呈纵向分别焊接有两条上纵梁31，其下层呈纵向分别焊接有两条下纵梁33，其上侧面左角端焊接有上面板32，其下侧面左端焊接有下面板34。

所述上纵梁31、下纵梁33呈上下两层夹持状分别焊接有呈竖直方向设置的沉降及倾斜管2，所述沉降及倾斜管2的上端部呈与上面板32持平状，其下半部呈伸出机架3状设置、其伸出长度为机架3的高度外加一体化测头1的长度之和。

所述沉降磁环4包括沉降磁环Ⅰ41、沉降磁环Ⅱ42、沉降磁环N43，所述沉降及倾斜管2选用壁厚不锈钢材质钢管、其下部外侧沿轴向向上分别套装设置有沉降磁环Ⅰ41、沉降磁环Ⅱ42、沉降磁环N43，所述沉降及倾斜管2内部设置有可上下移动的一体化测头1。

所述一体化测头1，包括封头11、倾斜传感器12、滑轮组件13、沉降传感器14、测头壳体15、环氧树脂16、信号电缆17，所述倾斜传感器12、沉降传感器14封装于测头壳体15内部的上下两端，所述测头壳体15的外部设置有滑轮组件13、其端口采用封头 11封口、其腔内封满环氧树脂16，并且倾斜传感器12、沉降传感器14的信号电缆17引线分别引出封头11。

所述沉降传感器14选用涡流感应式传感器、配套沉降磁环4，所述倾斜传感器12选用伺服加速度式倾斜传感器，所述测头壳体15选用壁厚0.2mm不锈钢材质的筒状壳体。

所述沉降及倾斜管2上部外侧的机架3框架内设置有换向限位机构5，用于沿沉降及倾斜管2内部轴向测量倾斜角度时，须将一体化测头1正、反转测量2次，目的是消除一体化测头1内的倾斜传感器12的固有测量误差。

所述机架3的上面板32上设置有拖动机构6，所述拖动机构6，包括绕线盘61、导向轮62、压线轮63、电气滑环64、变速箱65、联轴器66、拖动电机67、旋转编码器68、绕线盘支架69、导向轮支架70，所述机架3的上面板32右端固定焊接有呈斜上45°夹角设置的导向轮支架70，所述导向轮支架70设置有与沉降及倾斜管2入口端相对应的导向轮62，所述机架3的上面板32左端设置有绕线盘支架69，所述绕线盘支架69上呈竖直方向上下两层分别设置有压线轮63、绕线盘61；所述导向轮62、绕线盘61、压线轮63均可绕各自轴心转动。

所述一体化测头1的信号电缆17通过导向轮62绕在绕线盘61上，所述绕线盘61将信号电缆17收集整齐，兼具拉动一体化测头1上下运动的功能，并使用压线轮63将信号电缆17排布压在绕线盘61上，所述信号电缆17选用四芯扁平电缆,分时复用。

所述拖动电机67选用低转速大扭矩的TDY系列永磁低速同步电机、拖动一体化测头 1在沉降及倾斜管2内上下运动，所述拖动电机67输出轴通过联轴器66与变速箱65的输入轴连接，所述变速箱65选用蜗轮蜗杆减速机构、用于进一步降低拖动电机67的转速，增大拖动电机67的输出扭矩，实现拖动电机67的为一体化测头1沿沉降及倾斜管2上下运动提供传递。所述变速箱65的输出轴端部连接有电气滑环64、绕线盘61；

所述绕线盘61由拖动电机67提供动力,使其绕线盘61能正反转动，带动信号电缆17及一体化测头1运动。所述电气滑环64即导电滑环用于防止信号电缆17缠绕在变速箱 65的输出轴上，其一端的电线与转动的信号电缆17连接，可与变速箱65的输出轴同步转动，另一端固定，信号电缆17不会转动。

所述导向轮62轮轴上连接有旋转编码器68，当一体化测头1在沉降及倾斜管2内上下运动时，在信号电缆17的带动下，所述导向轮62和旋转编码器68发生转动，使其旋转编码器68对一体化测头1的位置进行编码，用于确定沉降点的相对位置关系。所述旋转编码器68选用增量式光电旋转编码器，输出导向轮62的角位移，其转动的角度由旋转编码器68编码输出；使其转动的角度和导向轮62直径的乘积就是一体化测头1上下运动的距离。

所述换向限位机构5包括丝杆锥齿轮51、电机锥齿轮52、沉斜锥齿轮53、丝杆支架54、换向电机55、丝杆56、丝杆挡块57、上限位开关58、下限位开关59，所述机架3内的沉降及倾斜管2下端套装固定安装有沉斜锥齿轮53；所述换向电机55选用低转速大扭矩的TDY系列永磁低速同步电机固定安装在机架3的下面板34上、其输出轴端安装有电机锥齿轮52，所述电机锥齿轮52与沉降及倾斜管2上的沉斜锥齿轮53呈正交啮合状态；

所述丝杆56上下两端呈竖直方向分别固定安装在机架3内的丝杆支架54上、并且丝杆56下端穿过丝杆支架54后、其端部固定安装有丝杆锥齿轮51，所述丝杆锥齿轮51与沉降及倾斜管2上的沉斜锥齿轮53呈相交啮合状态，所述丝杆56上套装安装有丝杆挡块 57，所述上下两端的丝杆支架54内的沉降及倾斜管2的上下两端呈竖直方向分别固定安装有上限位开关58、下限位开关59；

所述换向限位机构5提供了对本发明必要的保护措施，使得一体化测头1到达上下极限位置时，提供极限位置信号，并具有在本装置失控时及时切断电源保护装置；

所述丝杆56的传动是将正反转换向电机55输出的旋转运动转变为直线运动，其丝杆 56上安装的丝杆挡块57在碰到上限位开关58、下限位开关59后，将会通过主控制器直接切断换向电机55、拖动电机67的电源，使得电机停止当前方向的转动；同时，延时分别启动换向电机位置开关、拖动电机位置开关，使得正反转换向电机55、拖动电机67反方向的转动。

进一步的，拖动电机67输出动力，拖动一体化测头1在沉降及倾斜管2内上下运动，拖动电机67选用了低转速大扭矩的TDY系列永磁低速同步电机，这种电机没有设置减速齿轮装置，由电机直接得到低转速。使用这种同步电机可大大简化机械传动机构，具有转速稳定、运行时振动小，使用寿命长、可靠性高，启动时电流无冲击、启动转距大，负载变化时电流变化极小、具有一定的自锁能力，且能够瞬间启动、倒转和停机。

进一步的，所述一体化测头1的沉降传感器14选用涡流感应式传感器制成，内部设置有磁场感应器，使其遇到沉降磁环4时、磁场感应器产生信号，而当远离沉降磁环4时该信号消失。所述沉降传感器14与信号电缆17连接，其沉降传感器14采集并通过信号电缆17传递输出沉降点的位置触发信号。所述沉降传感器14的输出信号通过信号电缆17 上传给主控制器；所述信号电缆17内嵌有钢尺和信号线，钢尺用于承受传感器和钢尺自身的重量，信号线用于传输沉降传感器14的输出信号。

进一步的，所述一体化测头1的倾斜传感器12选用伺服加速度式倾斜传感器制成，当传感器感受到加速度作用时,中央极板随弹性梁向固定极板的一端移动,使两极板电容值不相等,即CS1<CS2,并使中央极板电压输出的幅值随传感器所敏感到的加速度变化而变化，使其能够分别将倾斜传感器12测量的角度值与旋转编码器68对应检测的角度值进行比较，从而计算出倾斜传感器12在每个角度位置测量值的大小。所述倾斜传感器12的输出信号通过信号电缆17上传给主控制器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，包括一体化测头、沉降及倾斜管、机架、沉降磁环、换向限位机构、拖动机构；其特征在于：

所述机架呈框架式结构设置，其上层分别焊接有两条上纵梁，其下层分别焊接有两条下纵梁，其上侧面左角端焊接有上面板，其下侧面左端焊接有下面板；

所述上纵梁、下纵梁呈夹持状分别焊接有沉降及倾斜管，

所述沉降及倾斜管的上端部与上面板持平状，其下半部伸出机架状设置、其伸出长度为机架的高度外加一体化测头的长度之和；

所述沉降及倾斜管下部外侧沿轴向向上分别套装设置有沉降磁环Ⅰ、沉降磁环Ⅱ、沉降磁环N，

所述沉降及倾斜管内部设置有可上下移动的一体化测头；

所述沉降及倾斜管上部外侧的机架框架内设置有换向限位机构；

所述机架的上面板上设置有拖动机构。

2.根据权利要求1所述土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，其特征在于：

所述一体化测头，包括封头、倾斜传感器、滑轮组件、沉降传感器、测头壳体、环氧树脂、信号电缆，

所述倾斜传感器、沉降传感器封装于测头壳体内部的上下两端，

所述测头壳体的外部设置有滑轮组件、其端口采用封头封口、其腔内封满环氧树脂，并且倾斜传感器、沉降传感器的信号电缆引线分别引出封头。

3.根据权利要求1所述土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，其特征在于：

所述拖动机构，包括绕线盘、导向轮、压线轮、电气滑环、变速箱、联轴器、拖动电机、旋转编码器、绕线盘支架、导向轮支架，

所述机架的上面板右端固定焊接有呈斜上45°夹角设置的导向轮支架，

所述导向轮支架设置有与沉降及倾斜管入口端相对应的导向轮，

所述机架的上面板左端设置有绕线盘支架，

所述绕线盘支架上呈竖直方向上下两层分别设置有压线轮、绕线盘；

所述导向轮、绕线盘、压线轮均可绕各自轴心转动；

所述一体化测头的信号电缆通过导向轮绕在绕线盘上，

所述绕线盘将信号电缆收集整齐，兼具拉动一体化测头上下运动的功能，并使用压线轮将信号电缆排布压在绕线盘上；

所述拖动电机输出轴通过联轴器与变速箱的输入轴连接，

所述变速箱的输出轴端部连接有电气滑环、绕线盘；

所述导向轮轮轴上连接有旋转编码器。

4.根据权利要求1所述土建施工中深基坑沉降倾斜测量用的前端测点机构，其特征在于：

所述换向限位机构包括丝杆锥齿轮、电机锥齿轮、沉斜锥齿轮、丝杆支架、换向电机、丝杆、丝杆挡块、上限位开关、下限位开关，

所述机架内的沉降及倾斜管下端套装固定安装有沉斜锥齿轮；

所述换向电机固定安装在机架的下面板上、其输出轴端安装有电机锥齿轮，

所述电机锥齿轮与沉降及倾斜管上的沉斜锥齿轮呈正交啮合状态；

所述丝杆上下两端呈竖直方向分别固定安装在机架内的丝杆支架上、并且丝杆下端穿过丝杆支架后、其端部固定安装有丝杆锥齿轮，

所述丝杆锥齿轮与沉降及倾斜管上的沉斜锥齿轮呈相交啮合状态，

所述丝杆上套装安装有丝杆挡块，

所述上下两端的丝杆支架内的沉降及倾斜管的上下两端分别固定安装有上限位开关、下限位开关。