CN109059828A - 拱顶竖向位移实时监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了拱顶竖向位移实时监测设备，水管由若干挂杆挂在拱顶上，挂杆能够在拱顶滑道内滑动，水管上设有若干三通形成并联支路，每一支路的三通的顶部端口安装有带活塞的液压缸体，液压活塞与拱顶之间设有压力传感器，水管的进水口连接水头稳定的容器装置。本发明的有益效果是能够实时进行隧道拱顶位移数据监测，且检测数据较为准确。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，涉及拱顶竖向位移实时监测设备。
背景技术
隧道拱顶竖向位移监测是隧道施工控制和运营管理的重点监测项目之一，拱顶位移的实时监测对避免和降低安全事故风险可起到积极意义。目前实时监控的设备主要是可扫描的光学侧量仪器，这种设备易受灰尘影响，除尘工作较重，并且监测费用昂贵。沿隧道环向预埋光纤的方法在实际运用中常常因隧道环向变形过大导致光纤断裂。
针对以上的问题，如何发明出廉价实用的拱顶竖向位移实时监测设备，成为我们需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供拱顶竖向位移实时监测设备，本发明的有益效果是能够对隧道拱顶的实时监测问题，同时检测数据较为准确，在业内技术具备较大的突破。
本发明所采用的技术方案是水管由若干挂杆挂在拱顶上，挂杆能够在拱顶滑道内滑动，水管上设有若干三通形成并联支路，每一支路的三通的顶部端口安装有带活塞的液压缸体，液压活塞与拱顶之间设有压力传感器，水管的进水口连接水头稳定的容器装置。
进一步，液压活塞在液压缸体内活动无阻，且液压活塞的外缸与三通密封连接。
进一步，压力传感器带有压力数据采集和发射功能。
进一步，水头稳定的容器装置可选择以下两种方案：
(1)自由液面容器装置：通过水循环保持液面恒定，水箱溢流口对准水箱调水池，水箱调水池内设有水泵系统，通过水泵将水箱调水池内的水抽入水箱内，再通过溢流口流回水箱调水池内；
(2)有压水头容器装置：液压缸体支撑于固定在拱顶或底面的支架上，液压缸体出水口与主管相连，液压缸体内活塞上安装压力表或压力传感器，传感器与拱顶间设置加力装置；
进一步，支架位置选择，需保证水箱液面高于被测点拱顶标高，水箱支架布设于洞外、洞内、排风竖井及逃生通道内较高位置处，定期校对水箱或其基座上的水准点，校正测点观测数据。
进一步，对于矿山法所述支架固定于底面，对于加装管片的隧道，支架固定于拱顶，定期校对支架上的水准点，校正测点观测数据。
进一步，所述挂杆的顶端安装挂杆顶部滑道，挂杆通过沿顶部滑道滑动实现拱顶与主管间距离变化时保持压力传感器贴紧拱顶且处于受压状态。
进一步，活塞上设有活塞锁，活塞锁用于限制液压活塞上行，活塞锁优选可转动的金属框，活塞锁转动至垂直位置时压住液压活塞，活塞锁转动至其他位置时，液压活塞可伸缩。
进一步，管路中设有活动万向弯头，活动万向弯头能够转动，能够适应隧道纵断面坡度变化、水平面转弯和消除拱顶升降引起的管道体系内力。
进一步，挂杆的顶端安装挂杆顶部滑道，挂杆通过沿顶部滑道滑动实现拱顶与主管间距离变化并保持压力传感器贴紧拱顶处于受压状态。
附图说明
图1是拱顶竖向位移实时监测设备结构示意图；
图2是液压缸体示意图。
图中，1.挂杆，2.活动万向弯头，3.压力传感器，4.液压活塞，5.三通，6.挂杆滑道，7.拱顶，8.阀门，9.活塞锁，10.管道，11.液体，12.水泵，13.支架，14.加力杆，15.压力表，16.活塞，17.液压缸体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明监测设备如图1和图2所示，水管由若干挂杆1挂在拱顶7上，挂杆1底部安装在挂杆滑道6上，挂杆1能够在拱顶7上滑动，水管上设有若干三通5，三通5的顶部端口安装有液压活塞4，液压活塞4与拱顶7之间设有压力传感器3，水管的进水口连接水箱的出水口，液体11的水位位于拱顶7之上，液体11的出水口位于拱顶7之下。挂杆1通过沿顶部滑道滑动实现拱顶7与水管间距离变化并保持压力传感器3贴紧拱顶7处于受压状态。压力传感器3上安装有压力数据采集发射装置，接受压力传感器3数据并传输数据至网络或特定设备。三通5和水管的进水口之间的水管上设有活塞锁9，活塞锁9两侧的水管上设有阀门8，活塞锁9用于限制液压活塞4上行，活塞锁9为可转动的金属框，活塞锁9转动至垂直位置时压住液压活塞4，活塞锁9转动至其他位置时，液压活塞4可伸缩。水箱连接水箱调水池，水箱调水池内设有水泵12，通过水泵12将水箱调水池内的水抽入。水管的一端设有活动万向弯头2，活动万向弯头2能够转动，能够适应隧道纵断面坡度变化和消除拱顶升降引起的管道10体系内力。液压活塞4与三通5活动无阻，且液压活塞4的外缸通过螺丝与三通5实现密封。盛放液体11的水箱布设于排风竖井或逃生通道，液体11的水位通过比邻容器水箱调水池内的水泵12实现循环流动，保证液面相对水箱底标高不变，定期校对水箱或其基座上的水准点，校正测点观测数据。
盛放液体11和放置水泵12的水箱底部安装在支架13上。每一支路的三通5的顶部端口安装有带活塞16的缸体17，压力传感器3与拱顶7间设置加力装置并可安装压力表15，优选设置加力杆14。
本发明以U型管两端水头相等为基本原理，测点处管内水头、活塞摩擦力、液面上各物体重力及传感器压力之和与自由液面容器装置的水箱自由水位水头相等，与有压水头容器装置的活塞下水头、活塞摩擦力、液面上活塞、传感器重力及传感器压力之和相等；观测体系可多测点，各侧点之间并联连接；测点由连接水管的活塞体系与压在活塞上的压力传感器、传感器数据采集、发送装置等组成，测点停用时取下压力传感器，用活塞锁锁住活塞；水箱与测点活塞之间用管路连接，包括直管、三通、阀门、活动万向弯头等；三通用于连接测点系统，阀门用于管控管内水体，万向活动弯头用于管路在立面上适应隧道变坡等工况；测点三通前后设置挂杆控制测点装置，挂杆顶端嵌在设于拱顶的滑道内，底端连接在水管套铰上挂杆相对水管可转动，挂杆体系随拱顶的升降自动变化，以拉力平衡测点体系的重力和传感器与活塞间的扩张力，从而确保测点体系与拱顶贴紧，使通过压力传感器读数判定活塞内缸底面或液面标高——进而确定拱顶标高成为可能；对于自由液面容器装置，设置水箱水位自调节系统，保证水箱液面相对箱底高差不变，维持水头稳定；在水箱或水箱基座上设置水准点，定期校正水箱液面高程；对于有压水头容器装置，定期校对容器基座标高和压力表读数，调整或修正基准水头；体系中填充水、煤油或其它流体。
本发明利用水压平衡的原理，当方拱顶下沉时，液面下降，则压力传感器读数上升，方拱顶上升时，压力传感器的读数下降，通过利用传感器和液压活塞实现参数技术标定，将压力变化值转化为测点沉降值，然后通过发射装置及时传送信息给用户，进行实时监测。本发明的特色解决了隧道拱顶的实时监测问题，同时检测数据较为准确，在业内技术具备较大的突破。
以上仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：水管由若干挂杆挂在拱顶上，挂杆能够在拱顶滑道内滑动，水管上设有若干三通形成并联支路，每一支路的三通的顶部端口安装有带活塞的液压缸体，液压活塞与拱顶之间设有压力传感器，水管的进水口连接水头稳定的容器装置。
2.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述液压活塞在液压缸体内活动无阻，且液压活塞的外缸与三通密封连接。
3.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述压力传感器带有压力数据采集和发射功能。
4.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述水头稳定的容器装置可选择以下两种方案：
(1)自由液面容器装置：通过水循环保持液面恒定，水箱溢流口对准水箱调水池，水箱调水池内设有水泵系统，通过水泵将水箱调水池内的水抽入水箱内，再通过溢流口流回水箱调水池内；
(2)有压水头容器装置：液压缸体支撑于固定在拱顶或底面的支架上，液压缸体出水口与主管相连，液压缸体内活塞上安装压力表或压力传感器，传感器与拱顶间设置加力装置。
5.按照权利要求4所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述支架位置选择，需保证水箱液面高于被测点拱顶标高，水箱支架布设于洞外、洞内、排风竖井及逃生通道内较高位置处，定期校对水箱或其基座上的水准点，校正测点观测数据。
6.按照权利要求4所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：对于矿山法所述支架固定于底面，对于加装管片的隧道，支架固定于拱顶，定期校对支架上的水准点，校正测点观测数据。
7.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述挂杆的顶端安装挂杆顶部滑道，挂杆通过沿顶部滑道滑动实现拱顶与主管间距离变化时保持压力传感器贴紧拱顶且处于受压状态。
8.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述活塞上设有活塞锁，活塞锁用于限制液压活塞上行，活塞锁为可转动的金属框，活塞锁转动至垂直位置时压住液压活塞，活塞锁转动至其他位置时，液压活塞可伸缩。
9.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：管路中设有活动万向弯头，活动万向弯头能够转动，能够适应隧道纵断面坡度变化和消除拱顶升降引起的管道体系内力。
10.按照权利要求1所述拱顶竖向位移实时监测设备，其特征在于：所述挂杆的顶端安装挂杆顶部滑道，挂杆通过沿顶部滑道滑动实现拱顶与主管间距离变化并保持压力传感器贴紧拱顶处于受压状态。
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