CN109387180A - 地铁暗挖段地表沉降量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，涉及轨道施工技术领域，包括激光器、基准杆和测量组件，所述激光器转动安装于支撑架的顶端，所述支撑架的底端竖直地插入地表并抵接于基岩层上，所述基准杆下端设有底座并置于待测地表，所述激光器的发射端对着基准杆；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滑动连接在基准杆上，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8～10mm，所述第二刻度尺和凹透镜的距离与凹透镜的焦距相等，所述凹透镜位于所述激光器和第二刻度尺之间，所述第一刻度尺、第二刻度尺均沿基准杆的长度方向布置。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测量方法

技术领域

本发明涉及轨道施工技术领域，特别涉及一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置及测量方法。

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

本发明的目的在于提供一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置及测量方法,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。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

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，所述激光器为一个转动安装于支撑架的顶端，所述支撑架的底端竖直地插入地表并抵接于基岩层上，所述基准杆为多个，下端设有底座并置于待测地表，所述激光器的发射端对着基准杆；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滑动连接在基准杆上，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8～10mm，所述第二刻度尺和凹透镜的距离与凹透镜的焦距相等，所述凹透镜位于所述激光器和第二刻度尺之间，所述第一刻度尺、第二刻度尺均沿基准杆的长度方向布置。

通过采用上述技术方案，使用一个激光器，并且激光器能够在支撑架上转动，使其能够照射到多个不同的基准杆上，由于支撑架抵在基岩层上，激光器能够保持稳定不会沉降；激光器照射到多个基准杆上的测量装置上，能够观测不同位置基准杆的沉降量，并通过两个刻度尺观测不同基准杆所在地表的沉降量，观测方便快速。

作为优选，所述支撑架包括竖直设置的支撑杆和转动设置于支撑杆顶端的转盘，所述激光器置于转盘上并随转盘转动。

通过采用上述技术方案，方便将激光器放在支撑架顶上进行转动，同时保证激光器的高度不会发生变化。

作为优选，所述底座下表面为平面，所述基准杆垂直固定在底座的上表面中间位置，所述基准杆上沿其长度方向设置有与滑动组件配合的滑槽。

通过采用上述技术方案，使基准杆能够平稳地放置在沉降量测点上，保持基准杆稳定沉降，不会倾斜，使测量结果更准确。

作为优选，所述基准杆的截面形状为工字型，两个所述滑槽相对设置在基准杆的两个相对面上，所述滑动组件包括一个C形的滑架，所述滑架的两个侧板插入到两个滑槽中，所述测量组件连接在滑架上。

通过采用上述技术方案，滑动组件方便在基准杆上上下滑动，同时使滑动组件及测量组件不会轻易掉落，保证测量效果准确。

作为优选，所述滑架上螺纹连接有调节螺栓，所述调节螺栓穿过滑架，可抵在基准杆的侧面上。

通过采用上述技术方案，方便对滑架进行位置调节，同时也方便对其进行固定。

作为优选，所述第二刻度尺固定在滑架的外侧，所述凹透镜通过设置在第二刻度尺一侧的连接杆连接在滑架上，所述凹透镜挡在第二刻度尺前方。

通过采用上述技术方案，通过连接杆将凹透镜支撑起来与第二刻度尺保持足够的距离，照射到凹透镜上的激光能够折射到第二刻度尺上，方便进行读数。

一种地铁暗挖段地表沉降量测量方法，其包括如下步骤：

步骤1、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，每个所述测量断面沿地铁暗挖段的主体的长度方向标记出5～10个沉降量测点；

步骤2、在所述地铁暗挖段的主体宽度方向一侧的地面上竖直地插入支撑架，并使所述支撑架的底端抵在基岩层上，将激光器安装在支撑架上，并保持所述激光器射出的激光平行于水平面；

步骤3、在所述沉降量测点架设基准杆，转动所述激光器使其能够对准每个所述基准杆；

步骤4、滑动调整测量组件的位置，使所述激光器射出的激光和凹透镜的主轴重合；

步骤5、当沉降量的数值大于所述凹透镜的半径，读取第一刻度尺的读数；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。

通过采用上述技术方案，采用一个定点光源，多个沉降量测点的测量方法，一个工作人员进行控制激光器，另一个工作人员到每个沉降量测点进行观测读数，能够节省人力，并且测量结果快速准确。

作为优选，所述步骤5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。

通过采用上述技术方案，进行大面积、长时间的定点观测，采集的数据量大，范围广，使整个工程的测量结果更准确。

作为优选，该方法还包括步骤6，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。

通过采用上述技术方案，将测量结果绘制成曲线图，方便后期的数据整理和存档保存，方便进行工程验收。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、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；激光器插入地表下，基准杆放置于沉降量测点，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。

2、本发明设置一个激光发射点，多个基准杆和测量组件作为沉降量测点，将多个基准杆和测量组件排成一排，旋转激光器照射到不同的基准杆和测量组件，能够保证激光的高度不会发生变化，采集的数据有统一的测量标高，使测量结果更准确，同时只需要两个人进行操作，节省人力，只需要一个激光器，节省财力。

附图说明

图1是本发明地表沉降量测量装置在地表未沉降时的状态示意图；

图2是本发明地表沉降量测量装置中基准杆和测量组件的连接结构图；

图3是本发明地表沉降量测量装置测量时的使用状态图。

图中，1、激光器；11、支撑架；12、支撑杆；13、转盘；2、基准杆；21、底座；22、第一刻度尺；23、滑槽；3、测量组件；31、凹透镜；32、第二刻度尺；33、连接杆；4、基岩层；5、滑动组件；51、滑架；52、调节螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种地铁暗挖段地表沉降量测量装置，如附图1所示，包括激光器1、基准杆2和测量组件3等结构。其中激光器1的数量为一个，通过支撑架11固定在地铁暗挖段的地表上，支撑架11包括一根竖直设置的支撑杆12，支撑杆12的底端竖直地插入地表并抵接到位于地表下的基岩层5上，支撑杆12的上端设置有转动的转盘13，激光器1放置在并固定在转盘13上，随着转盘13一起转动来调节激光器1发出的激光的方向。

基准杆2为多个，每个基准杆2的下端设有底座21并通过底座21置于待测地表，放置基准杆2前要对待测地表进行平整处理；测量组件3滑动连接在基准杆2上，并沿着基准杆2上下移动，测量组件3包括前后相对且等高度设置的凹透镜31和第二刻度尺32，凹透镜31的焦距为10mm，第二刻度尺32和凹透镜31之间的距离与凹透镜31的焦距相等，凹透镜31位于激光器1和第二刻度尺32之间，激光器1发生的激光通过凹透镜31能够投射到第二刻度尺32上。

如附图2所示，底座21下表面为平面，基准杆2垂直固定在底座21的上表面中间位置，基准杆2上沿其长度方向设置有滑槽23，滑槽23内滑动设置有滑动组件5，测量组件3安装在滑动组件5上。基准杆2的截面形状为工字型，两个滑槽23相对设置在基准杆2的两个相对面上，滑动组件5包括一个C形的滑架51，滑架的两个侧板插入到两个滑槽23中并沿滑槽23上下滑动。滑架51的侧板上螺纹连接有调节螺栓52，调节螺栓52穿过滑架51，并抵在基准杆2的侧面上，将滑架51固定在基准杆2上。第二刻度尺32是一个开口背对基准杆2的弧形尺，第二刻度尺32的一侧滑架51上设置有连接杆33，连接杆22向前伸出，凹透镜31连接在连接杆33上，使凹透镜31挡在第二刻度尺32前方。基准杆2上设有沿上下方向排布的第一刻度尺22，第一刻度尺22是从基准杆2后侧向前侧弯折的L形的板体，并在板体前侧面设置有刻度。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。

本实施例中地铁暗挖段地表沉降量的测量方法，其包括如下步骤：

步骤1、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，每个测量断面沿地铁暗挖段的主体的长度方向标记出5～10个沉降量测点；

步骤2、在地铁暗挖段的主体宽度方向一侧的地面上竖直地插入支撑架11，并使支撑架11的底端抵在基岩层4上，将激光器1安装在支撑架11上，并保持激光器1射出的激光平行于水平面；

步骤3、在沉降量测点架设基准杆，如附图3所示，基准杆2沿地铁暗挖段长度方向设置多个，转动激光器1使其能够对准每个基准杆2；

步骤4、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的主轴重合；

步骤5、当沉降量的数值大于凹透镜31的半径，读取第一刻度尺的读数；当沉降量的数值小于凹透镜31的半径，读取第二刻度尺的读数，将第一刻度尺22的读数或第二刻度尺32的读数记为沉降量读数；

步骤6、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。

其中，步骤5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。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

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（1）、基准杆（2）和测量组件（3），所述激光器（1）为一个转动安装于支撑架（11）的顶端，所述支撑架（11）的底端竖直地插入地表并抵接于基岩层（4）上，所述基准杆（2）为多个，下端设有底座（21）并置于待测地表，所述激光器（1）的发射端对着基准杆（2）；所述基准杆（2）上设有第一刻度尺（22），所述测量组件（3）通过滑动组件（5）滑动连接在基准杆（2）上，所述测量组件（3）包括相对设置的凹透镜（31）和第二刻度尺（32），所述凹透镜（31）的焦距为8～10mm，所述第二刻度尺（32）和凹透镜（31）的距离与凹透镜（31）的焦距相等，所述凹透镜（31）位于所述激光器（1）和第二刻度尺（32）之间，所述第一刻度尺（22）、第二刻度尺（32）均沿基准杆（2）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：所述支撑架（11）包括竖直设置的支撑杆（12）和转动设置于支撑杆（12）顶端的转盘（13），所述激光器（1）置于转盘（13）上并随转盘（13）转动。

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：所述底座（21）下表面为平面，所述基准杆（2）垂直固定在底座（21）的上表面中间位置，所述基准杆（2）上沿其长度方向设置有与滑动组件（5）配合的滑槽（23）。

4.根据权利要求3所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于：所述基准杆（2）的截面形状为工字型，两个所述滑槽（23）相对设置在基准杆（2）的两个相对面上，所述滑动组件（5）包括一个C形的滑架（51），所述滑架（51）的两个侧板插入到两个滑槽（23）中，所述测量组件（3）连接在滑架（51）上。

5.根据权利要求4所述的地铁暗挖段地表沉降量测量装置，其特征在于：所述滑架（51）上螺纹连接有调节螺栓（52），所述调节螺栓（52）穿过滑架（51），可抵在基准杆（2）的侧面上。

6.根据权利要求4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（32）固定在滑架（51）的外侧，所述凹透镜（31）通过设置在第二刻度尺（32）一侧的连接杆（33）连接在滑架（51）上，所述凹透镜（31）挡在第二刻度尺（32）前方。

7.一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1、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，每个所述测量断面沿地铁暗挖段的主体的长度方向标记出5～10个沉降量测点；

步骤2、在所述地铁暗挖段的主体宽度方向一侧的地面上竖直地插入支撑架（11），并使所述支撑架（11）的底端抵在基岩层（5）上，将激光器（1）安装在支撑架（11）上，并保持所述激光器（1）射出的激光平行于水平面；

步骤3、在所述沉降量测点架设基准杆（2），转动所述激光器（1）使其能够对准每个所述基准杆（2）；

步骤4、滑动调整测量组件（3）的位置，使所述激光器（1）射出的激光和凹透镜（31）的主轴重合；

步骤5、当沉降量的数值大于所述凹透镜的半径，读取第一刻度尺的读数；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。

8.根据权利要求7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5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7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6，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。