CN108168512A - 地铁暗挖段地表沉降量测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地表沉降监测领域，具体涉及了一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，包括激光器、基准杆和测量组件，基准杆的底端竖直地插入地表并抵接于基岩，激光器设于待测地表，且激光器的发射端对着基准杆；基准杆上设有第一刻度尺，测量组件通过滑动组件活动地配合连接于基准杆，使测量组件能够在基准杆的长度方向上滑动，测量组件包括相对设置的凹透镜和第二刻度尺，凹透镜位于激光器和第二刻度尺之间，第一刻度尺、第二刻度尺均平行于基准杆的长度方向布置。本发明的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，通过激光器和基准杆来快速判断地表是否发生沉降，以及沉降量的大小。

Description

地铁暗挖段地表沉降量测量装置及方法

技术领域

本发明涉及地表沉降监测领域，特别是涉及一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置及方法。

背景技术

地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面降低的现象，在地铁施工中，采用暗挖法掘进时，因为改变了地下土层的应力分布，所以地铁暗挖段的地表有沉降甚至坍塌的风险。为此，应在地铁暗挖段的地表处进行地表沉降量监测。目前地表沉降的监测方式主要有以下几种：水准仪测量、GPS定位和全站仪测量，其中，水准仪和全站仪测量步骤繁琐，每个测量点都需要重新校准，考虑到测量的成本，不可能在每个测量点都设置一套水准仪或全站仪测量工具，而GPS定位精度不佳，难以精确地捕获到地表细微的沉降。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，通过激光器和基准杆来快速判断地表是否发生沉降，以及沉降量的大小。

基于此，本发明提供了一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，包括激光器、基准杆和测量组件，所述基准杆的底端竖直地插入地表并抵接于基岩，所述激光器设于待测地表，且所述激光器的发射端对着所述基准杆；所述基准杆上设有第一刻度尺，所述测量组件通过滑动组件活动地配合连接于所述基准杆，使所述测量组件能够在所述基准杆的长度方向上滑动，所述测量组件包括相对设置的凹透镜和第二刻度尺，所述凹透镜的焦距为7～9mm，所述第二刻度尺和凹透镜的距离为所述凹透镜的焦距的0.9～1.2倍，所述凹透镜位于所述激光器和第二刻度尺之间，且所述凹透镜在竖直方向上的高度为8～10mm，所述第一刻度尺、第二刻度尺均平行于所述基准杆的长度方向布置。

作为优选的，所述滑动组件包括滑轨和活动地配合连接于所述滑轨的滑动件，所述滑动件固定连接于所述测量组件，所述滑轨设在所述基准杆的顶端，且所述滑轨沿所述基准杆的长度方向布置。

作为优选的，所述凹透镜的镜面为横截面呈C形的凹槽，且所述凹槽的长度方向的两端分别贯通于所述凹透镜的两侧。

作为优选的，所述第二刻度尺为曲面状，其凹面上设有刻度线，所述第二刻度尺的曲率半径为13～21mm。

作为优选的，所述激光器为一字线激光器，所述一字线激光器射出的激光的线宽为0.2～0.3mm。

为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种地铁暗挖段地表沉降量测量方法，包括如下步骤：

步骤S1、沿地铁暗挖段的主体的长度方向每隔12～18m标记一测量断面，每个所述测量断面标记出5～10个沉降量测点；

步骤S2、在所述地铁暗挖段的主体长度方向一侧的地面上竖直地插入基准杆，并使所述基准杆的底端抵接在基岩上；

步骤S3、在所述沉降量测点架设激光器，将所述激光器对准所述基准杆，并保持所述激光器射出的激光平行于水平面；

步骤S4、滑动调整所述测量组件的位置，使所述激光器射出的激光和所述凹透镜的主轴重合；

步骤S5、当沉降量的数值大于所述凹透镜的半径，读取所述第一刻度尺的读数；当沉降量的数值小于所述凹透镜的半径，读取所述第二刻度尺的读数，将第一刻度尺的读数或第二刻度尺的读数记为沉降量读数。

作为优选的，相邻的所述沉降量测点间距为3～6m。

作为优选的，所述步骤S5还包括：

所述地铁暗挖段的主体的宽度记为A；

与所述地铁暗挖段的主体的距离大于4A的所述沉降量测点，每周记录2次所述沉降量读数；

与所述地铁暗挖段的主体的距离大于A且小于4A的所述沉降量测点，每天记录1次所述沉降量读数；

与所述地铁暗挖段的主体的距离小于A的所述沉降量测点，每天记录2次所述沉降量读数；

位于所述地铁暗挖段的主体上方的所述沉降量测点，每小时记录1次所述沉降量读数。

作为优选的，还包括步骤S6：

根据所述沉降量读数绘制沉降变化曲线图、沉降变化速度曲线图和沉降变化加速度曲线图。

本发明的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，包括激光器、测量组件和基准杆，测量组件能够在基准杆上滑动，基准杆上设有第一刻度尺，测量组件包括凹透镜和第二刻度尺；激光器设于沉降量测点上，基准杆插入地表，激光器射出的激光水平照射于第一刻度尺、凹透镜和第二刻度尺上，沉降量测点若发生沉降，凹透镜能够折射激光，将细微的沉降变化放大，以便使用者精确读数；而且该装置的设备成本远低于GPS设备、全站仪和水准仪，有利于大面积布设该装置。

附图说明

图1是本发明实施例的地铁暗挖段地表沉降量测量装置的地表未沉降状态示意图；

图2是本发明实施例的地铁暗挖段地表沉降量测量装置的地表沉降状态示意图；

图3是本发明实施例的地铁暗挖段地表沉降量测量装置的测量组件结构示意图；

图4是本发明实施例的地铁暗挖段地表沉降量测量装置的基准杆结构示意图；

图5是本发明实施例的地铁暗挖段地表沉降量测量装置的基准杆局部放大示意图。

其中，1、激光器；2、基准杆；21、第一刻度尺；22、滑动组件；22a、滑轨；22b、滑动件；22c、锁紧螺钉；3、测量组件；31、凹透镜；31a、凹槽；31b、主轴；32、第二刻度尺；4、地表；5、基岩；6、光路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

结合图1至图3所示，示意性地显示了本发明的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，包括激光器1、基准杆2和测量组件3，基准杆2的底端竖直地插入地表4并抵接于基岩5，激光器1设于待测地表4；基准杆2上设有第一刻度尺21，测量组件3通过滑动组件22活动地配合连接于基准杆2，使测量组件3能够在基准杆2的长度方向上滑动，测量组件3包括相对设置的凹透镜31和第二刻度尺32，凹透镜31在竖直方向上的高度为8～10mm，沉降量未超过4～5mm则使用第二刻度尺32读数，当沉降量超过上述范围，应当使用第一刻度尺21读数。激光器1射出的激光能够同时照射在第一刻度尺21和第二刻度尺32上，其中，凹透镜31位于激光器1和第二刻度尺32之间，凹透镜31的焦距为7～9mm，第二刻度尺32和凹透镜31的距离为凹透镜31焦距的0.9～1.2倍，此时激光器1的激光经过凹透镜31的折射后发生的散射仍然处于本实施例的可接受的精度范围，第一刻度尺21、第二刻度尺32均平行于基准杆2的长度方向布置。优选的，激光器1为一字线激光器1，一字线激光器1射出的激光的线宽为0.2～0.3mm，激光经凹透镜31折射后照射在第二刻度尺32上的线宽不超过0.9mm，使用者读取激光照射在第二刻度尺32上的最大读数和最小读数后，取二者平均值，即可达到本实施例中施工的测量精度要求；同时，一字线激光器1能够使激光同时照射在第一刻度尺21和第二刻度尺32，而且还能保持激光在两个刻度尺上所呈的激光线段处于同一水平面。

结合图4和5所示，滑动组件22包括滑轨22a和活动地配合连接于滑轨22a的滑动件22b，滑动件22b固定连接于测量组件3，滑轨22a设在所述基准杆2的顶端，且滑轨22a沿基准杆2的长度方向布置；而且，滑动件22b上设有锁紧螺钉22c，对测量组件3在基准杆2上的位置调节完毕后，拧紧锁紧螺钉22c以锁定测量组件3和基准杆2。

在本实施例中，凹透镜31的镜面为横截面呈C形的凹槽31a，且凹槽31a的长度方向的两端分别贯通于凹透镜31的两侧，该结构的凹透镜31能够让一字线激光器1的激光在第一刻度尺21或第二刻度尺32上显示呈一笔直的线段，作为对比，若凹透镜31为传统的圆形凹透镜31，一字线激光器1的激光经圆形凹透镜31的折射，激光在第一刻度尺21或第二刻度尺32上呈现的并非一笔直的线段，不利于使用者的精确读数。对应的，第二刻度尺32为曲面状，其凹面上设有刻度线，激光经过凹透镜31折射投射于第二刻度尺32的凹面，第二刻度尺32的曲率半径为13～21mm，此时计算出的第二刻度尺32的最大读数和最小读数的平均值最为接近真实测量值；由于激光器1射出的激光光束并非理想的二维射线，其激光光束实际上是由无数条二维射线组成的“光束”，因此该光束必然具备一定的宽度，倘若第二刻度尺32为平板状，激光光束中位于最上端的激光射线和位于最下端的激光射线之间的间距为X，作为对比，第二刻度尺32为曲面状，激光光束中位于最上端的激光射线和位于最下端的激光射线之间的间距为Y，那么X会大于Y；因此，为了读数更加精确，第二刻度尺32应呈曲面状。相反，由于照射在第一刻度尺21上的激光未经凹透镜31的折射，第一刻度尺21无需呈曲面状。

为了解决相同的技术问题，本发明还提供了一种地铁暗挖段地表沉降量测量方法，包括如下步骤：

步骤S1、沿地铁暗挖段的主体的长度方向每隔12～18m标记一测量断面，每个测量断面标记出5～10个沉降量测点，其中，沉降量测点间距为3～6m；

步骤S2、在地铁暗挖段的主体长度方向一侧的地面上竖直地插入基准杆2，并使基准杆2的底端抵接在基岩5上；

步骤S3、在沉降量测点架设激光器1，将激光器1对准基准杆2，并保持激光器1射出的激光平行于水平面；

步骤S4、滑动调整测量组件3的位置，使激光器1射出的激光和凹透镜31的主轴31b重合；

步骤S5、当沉降量的数值大于凹透镜31的半径，读取第一刻度尺21的读数；当沉降量的数值小于凹透镜31的半径，读取第二刻度尺32的读数，将第一刻度尺21的读数或第二刻度尺32的读数记为沉降量读数。

步骤S6、根据沉降量读数绘制沉降变化曲线图、沉降变化速度曲线图和沉降变化加速度曲线图。

此外，步骤S5还包括：

地铁暗挖段的主体的宽度记为A；

与地铁暗挖段的主体的距离大于4A的沉降量测点，每周记录2次沉降量读数；

与地铁暗挖段的主体的距离大于A且小于4A的沉降量测点，每天记录1次沉降量读数；

与地铁暗挖段的主体的距离小于A的沉降量测点，每天记录2次沉降量读数；

位于地铁暗挖段的主体上方的沉降量测点，每小时记录1次沉降量读数。

综上所述，本发明的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，包括激光器1、测量组件3和基准杆2，测量组件3能够在基准杆2上滑动，基准杆2上设有第一刻度尺21，测量组件3包括凹透镜31和第二刻度尺32；激光器1设于沉降量测点上，基准杆2插入地表4，激光器1射出的激光水平照射于第一刻度尺21、凹透镜31和第二刻度尺32上，沉降量测点若发生沉降，凹透镜31能够折射激光，将细微的沉降变化放大，以便使用者精确读数；而且该装置的设备成本远低于GPS设备、全站仪和水准仪，有利于大面积布设该装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于，包括激光器、基准杆和测量组件，所述基准杆的底端竖直地插入地表并抵接于基岩，所述激光器设于待测地表，且所述激光器的发射端对着所述基准杆；所述基准杆上设有第一刻度尺，所述测量组件通过滑动组件活动地配合连接于所述基准杆，使所述测量组件能够在所述基准杆的长度方向上滑动，所述测量组件包括相对设置的凹透镜和第二刻度尺，所述凹透镜的焦距为7～9mm，所述第二刻度尺和凹透镜的距离为所述凹透镜的焦距的0.9～1.2倍，所述凹透镜位于所述激光器和第二刻度尺之间，且所述凹透镜在竖直方向上的高度为8～10mm，所述第一刻度尺、第二刻度尺均平行于所述基准杆的长度方向布置。

2.根据权利要求1所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于，所述滑动组件包括滑轨和活动地配合连接于所述滑轨的滑动件，所述滑动件固定连接于所述测量组件，所述滑轨设在所述基准杆的顶端，且所述滑轨沿所述基准杆的长度方向布置。

3.根据权利要求1所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于，所述凹透镜的镜面为横截面呈C形的凹槽，且所述凹槽的长度方向的两端分别贯通于所述凹透镜的两侧。

4.根据权利要求1所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于，所述第二刻度尺为曲面状，其凹面上设有刻度线，所述第二刻度尺的曲率半径为13～21mm。

5.根据权利要求1所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于，所述激光器为一字线激光器，所述一字线激光器射出的激光的线宽为0.2～0.3mm。

6.一种地铁暗挖段地表沉降量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、沿地铁暗挖段的主体的长度方向每隔12～18m标记一测量断面，每个所述测量断面标记出5～10个沉降量测点；

步骤S2、在所述地铁暗挖段的主体长度方向一侧的地面上竖直地插入基准杆，并使所述基准杆的底端抵接在基岩上；

步骤S3、在所述沉降量测点架设激光器，将所述激光器对准所述基准杆，并保持所述激光器射出的激光平行于水平面；

步骤S4、滑动调整所述测量组件的位置，使所述激光器射出的激光和所述凹透镜的主轴重合；

步骤S5、当沉降量的数值大于所述凹透镜的半径，读取所述第一刻度尺的读数；当沉降量的数值小于所述凹透镜的半径，读取所述第二刻度尺的读数，将第一刻度尺的读数或第二刻度尺的读数记为沉降量读数。

7.根据权利要求6所述的地铁暗挖段地表沉降量测量方法，其特征在于，相邻的所述沉降量测点间距为3～6m。

8.根据权利要求6所述的地铁暗挖段地表沉降量测量方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：

所述地铁暗挖段的主体的宽度记为A；

与所述地铁暗挖段的主体的距离大于4A的所述沉降量测点，每周记录2次所述沉降量读数；

与所述地铁暗挖段的主体的距离大于A且小于4A的所述沉降量测点，每天记录1次所述沉降量读数；

与所述地铁暗挖段的主体的距离小于A的所述沉降量测点，每天记录2次所述沉降量读数；

位于所述地铁暗挖段的主体上方的所述沉降量测点，每小时记录1次所述沉降量读数。

9.根据权利要求6所述的地铁暗挖段地表沉降量测量方法，其特征在于，还包括步骤S6：

根据所述沉降量读数绘制沉降变化曲线图、沉降变化速度曲线图和沉降变化加速度曲线图。