CN110863519A - 监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置及支护监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，包括承载底座、承载柱、导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、控制室、牵引拉绳、压力传感器及控制电路，承载底座上端面与承载柱连接，承载柱上端面通过定位机构与导向螺杆，承载螺套与导向螺杆啮合连接，承载螺套上端面与支护板下端面铰接，护套管通过定位机构与承载柱相互连接，下端面与控制室连通，牵引拉绳及激光发射器位于护套管内。其支护监控方法包括设备装配及支护监控两个步骤。本发明系统构成简单，安装、日常操作及维护灵活方便，对现场施工几乎无影响，可广泛应用于地铁车站洞桩法施工中的导洞支护及顶板沉降监测。

Description

监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置及支护监控方法

技术领域

本发明属于土建施工及监测设备技术领域，具体涉及一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置及其使用方法。

背景技术

在城市地铁车站建设中，洞桩法施工时一种较为常见的施工方法。在洞桩法施工方案中需要先行开挖小导洞，再在导洞中施工围护桩和冠梁，为防止导洞顶板产生大的下沉变形，需要在导洞顶底板之间安设支撑装置。作为信息化施工的重要内容，施工过程中需要对导洞顶板的收敛下沉进行测量，但是由于导洞内空间狭小，工序复杂，交叉作业多，加之传统的检测设备结构体积复杂，操作灵活哦和环境适应性差，一方面导致传统的检测设备在日常检测、维护等活动中会对正常施工作业干扰，另一方面在易收到施工环境干扰而导致监控设备损毁，且当前所使用的传统监控设备结构相对固定且单一，一旦发生故障或损毁，难以实现快速排除故障及设备更换的需要，从而导致当前的所使用的传统检测设备的使用可靠性、灵活性及通用性均相对较差，并导致当前测点位置、测量频率和测量结果很难保障，使得施工过程中的导洞顶板下沉监测成为建设单位的难点问题。

因此针对这一现状，需要开发一种全新的监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置及其使用方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明公开了一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置及其使用方法，以解决现有技术存在的生产效率低和产品质量差等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，包括承载底座、承载柱、导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、控制室、牵引拉绳、拉绳式拉力传感器、激光发射器、光敏检测盘、压力传感器及控制电路，其中承载底座与水平面平行分布，其上端面与承载柱连接并同轴分布，承载柱上端面通过定位机构与导向螺杆并同轴分布，承载螺套包覆在导向螺杆外并与导向螺杆啮合连接，承载螺套上端面与支护板下端面铰接，且承载螺套轴线与支护板交点位于支护板中心位置，支护板下端面与承载螺套轴线呈30°—90°夹角，护套管与承载柱平行分布，并通过定位机构与承载柱相互连接，且护套管位于承载柱后方，其上端面与支护板下端面通过柔性连接管连接，下端面与控制室上端面连接并相互连通，牵引拉绳位于护套管内与护套管轴线平行分布，其上端面通过连接扣与支护板下端面铰接，下端面与拉伸式拉力传感器相互连接，激光发射器位于护套管内，与支护板下端面连接并垂直分布，激光发射器位于护套管轴线与支护板下端交点位置，其光轴与护套管轴线呈0°—60°夹角并与光敏检测盘上表面相交，拉绳式拉力传感器、光敏检测盘及控制电路位于控制室内，绳式拉力传感器、光敏检测盘均与控制电路电气连接，压力传感器至少一个，环绕承载螺套轴线均布在承载螺套外侧，并与支护板下端面连接，且各压力传感器轴线与支护板下端面垂直分布并分别与控制电路电气连接。

进一步的，所述的承载底座下端面及支护板上端面均布若干定位定位孔，所述定位定位孔环绕承载底座和支护板轴线均布，并与承载底座和支护板轴线平行分布，所述支护板下端面设至少一个倾角传感器，且所述倾角传感器与控制电路电气连接。

进一步的，所述的承载底座包括基板、承载龙骨及承载面板，其中所述承载面板位于基板正上方并与基板同轴分布，所述基板和承载面板间通过承载龙骨连接，且基板面积为承载面板面积的1.1—1.5倍，所述承载龙骨为与基板同轴分布且其轴向断面为矩形的柱状框架结构，且其高度不大于10厘米。

进一步的，所述的承载柱高度为导向螺杆高度的1.1—2.5倍，直径为导向螺杆直径的1.5—3倍。

进一步的，所述的定位机构为螺栓、销钉、轴套、卡箍及连接筋板中的任意一种或几种共同使用。

进一步的，所述的光敏检测盘与护套管同轴分布，且当激光发射器与护套管轴线夹角为0°时，激光发射器光轴与光敏检测盘中点相交，所述光敏检测盘包括承载托盘、光敏传感器，其中所述承载托盘为圆盘状密闭腔体结构，所述光敏传感器若干并均嵌于承载托盘内，且各光敏传感器对应的承载托盘上端面均设透光口，且光敏传感器上端面嵌于透光口内并低于承载托盘上端面至少3毫米，所述光敏传感器中，其中一个光敏传感器与承载托盘同住分布，剩余各光敏传感器环绕承载托盘轴线呈环状结构均布，且承载托盘同一直径方向上的光敏传感器总数不少于5个，所述的承载托盘上端面另设检测标尺，所述检测标尺为以承载托盘圆心为原点的直角坐标系结构，且所述光敏传感器间相互并联并分别与控制电路电气电路。

进一步的，所述的护套管直径为激光发射器、牵引拉绳直径总和的2—10倍，且所述护套管侧表明设一条宽度为5—10毫米的透明观察窗，所述护套管下端面5—20毫米嵌于控制室内。

进一步的，所述的控制室为密闭腔体结构，并分别与承载底座上端面及承载柱外表面连接。

进一步的，所述的控制电路为就DSP芯片为基础的电路系统，并设至少一个串口通讯端口及至少一个无线数据通讯模块。

一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置的支护监控方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据需要，将承载底座、承载柱及控制室进行连接，构成支护基础，并通过承载底座将组装好的支护基础固定在导洞底部指定工作位置作业面处，然后将导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、牵引拉绳、拉绳式拉力传感器、激光发射器、光敏检测盘、压力传感器及控制电路根据需要安装到指定位置，其中在进行安装作业时，通过承载螺套与导向螺杆间啮合连接，调节支护板位置，使定位对导洞顶部进行支护，且支护板首先根据导洞顶部结构调整支护角度，同时支护压力通过压力传感器进行检测，满足支护作业的需要，然后将控制电路与外部监控系统及电源系统间电气连接，最后在对导洞底部地坪进行灌注施工时利用混凝土的地坪材料对承载底座进行灌注定位，从而实现对本发明进行定位装配的需要；

S2， 支护监控，在进行支护作业过程中，首先通过各压力传感器对支护压力进行全程检测，并根据各压力传感器变化，实现对导洞顶板倾斜、位移检测，即导洞顶板向压力增大的压力传感器所在方向发生位移；然后当导洞顶板发生位移时，带动与支护板一同发生运动，从而一方面带动与支护板连接的牵引拉绳进行伸缩运动，并由拉绳式拉力传感器对拉伸在伸缩运动时的拉力变化值进行检测，从而达到对导洞顶板位移、位移方向及位移量进行检测；另一方面带动与支护板连接的激光发射器与发生位移，从而导致激光发生器的激光光束在光敏检测盘上发生位移，从而通过光敏检测盘检测到的激光发射器光束偏移方向及偏移量精确对导洞顶板位移量进行精确测量，最后所采集的压力传感器数据、拉绳式拉力传感器数据及光敏检测盘数据一同通过控制电路进行汇总并发送至上位监控平台，从而达到实时监控导洞顶板位移作业的目的。

本发明系统构成简单，安装、日常操作及维护灵活方便，对现场施工几乎无影响，且集成化、模块化及运行自动化程度高；同时有效解决了传统监测方法中测点时常被破坏的难题，环境适应能力，可有效满足各类复杂地质结构导洞顶板位移持续监控作业的需要，并可广泛应用于地铁车站洞桩法施工中的导洞支护及顶板沉降监测。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为光敏检测盘结构示意图；

图3为本发明支护监控方法流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

如图1和2所示一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，包括承载底座1、承载柱2、导向螺杆3、承载螺套4、支护板5、护套管6、控制室7、牵引拉绳8、拉绳式拉力传感器9、激光发射器10、光敏检测盘11、压力传感器12及控制电路13，其中承载底座1与水平面平行分布，其上端面与承载柱2连接并同轴分布，承载柱2上端面通过定位机构14与导向螺杆3并同轴分布，承载螺套4包覆在导向螺杆3外并与导向螺杆3啮合连接，承载螺套4上端面与支护板5下端面铰接，且承载螺套4轴线与支护板5交点位于支护板5中心位置，支护板5下端面与承载螺套4轴线呈30°—90°夹角，护套管6与承载柱2平行分布，并通过定位机构14与承载柱2相互连接，且护套管6位于承载柱2后方，其上端面与支护板5下端面通过柔性连接管15连接，下端面与控制室7上端面连接并相互连通，牵引拉绳8位于护套管6内与护套管6轴线平行分布，其上端面通过连接扣16与支护板5下端面铰接，下端面与拉伸式拉力传感器9相互连接，激光发射器10位于护套管6内，与支护板5下端面连接并垂直分布，激光发射器10位于护套管6轴线与支护板5下端交点位置，其光轴与护套管轴线呈0°—60°夹角并与光敏检测盘11上表面相交，拉绳式拉力传感器9、光敏检测盘11及控制电路13位于控制室7内，绳式拉力传感器9、光敏检测盘11均与控制电路13电气连接，压力传感器12至少一个，环绕承载螺套4轴线均布在承载螺套4外侧，并与支护板5下端面连接，且各压力传感器12轴线与支护板5下端面垂直分布并分别与控制电路13电气连接。

其中，所述的承载底座1下端面及支护板5上端面均布若干定位定位孔17，所述定位定位孔17环绕承载底座1和支护板5轴线均布，并与承载底座1和支护板5轴线平行分布，所述支护板5下端面设至少一个倾角传感器18，且所述倾角传感器18与控制电路13电气连接。

同时，所述的承载底座1包括基板101、承载龙骨102及承载面板103，其中所述承载面板103位于基板101正上方并与基板101同轴分布，所述基板101和承载面板103间通过承载龙骨102连接，且基板101面积为承载面板103面积的1.1—1.5倍，所述承载龙骨102为与基板101同轴分布且其轴向断面为矩形的柱状框架结构，且其高度不大于10厘米。

进一步优化的，所述的承载柱2高度为导向螺杆3高度的1.1—2.5倍，直径为导向螺杆3直径的1.5—3倍。

本实施例中，所述的定位机构14为螺栓、销钉、轴套、卡箍及连接筋板中的任意一种或几种共同使用。

重点说明的，所述的光敏检测盘11与护套管6同轴分布，且当激光发射器10与护套管6轴线夹角为0°时，激光发射器10光轴与光敏检测盘11中点相交，所述光敏检测盘11包括承载托盘111、光敏传感器112，其中所述承载托盘111为圆盘状密闭腔体结构，所述光敏传感器112若干并均嵌于承载托盘111内，且各光敏传感器112对应的承载托盘111上端面均设透光口113，且光敏传感器112上端面嵌于透光口113内并低于承载托盘111上端面至少3毫米，所述光敏传感器112中，其中一个光敏传感器112与承载托盘111同住分布，剩余各光敏传感器112环绕承载托盘111轴线呈环状结构均布，且承载托盘111同一直径方向上的光敏传感器112总数不少于5个，所述的承载托盘111上端面另设检测标尺114，所述检测标尺114为以承载托盘111圆心为原点的直角坐标系结构，且所述光敏传感器112间相互并联并分别与控制电路13电气电路。

进一步优化的，所述的护套管6直径为激光发射器10、牵引拉绳8直径总和的2—10倍，且所述护套管6侧表明设一条宽度为5—10毫米的透明观察窗19，所述护套管6下端面5—20毫米嵌于控制室7内。

本实施例中，所述的控制室7为密闭腔体结构，并分别与承载底座1上端面及承载柱2外表面连接。

此外，所述的控制电路13为就DSP芯片为基础的电路系统，并设至少一个串口通讯端口及至少一个无线数据通讯模块。

如图3所示，一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置的支护监控方法，包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据需要，将承载底座、承载柱及控制室进行连接，构成支护基础，并通过承载底座将组装好的支护基础固定在导洞底部指定工作位置作业面处，然后将导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、牵引拉绳、拉绳式拉力传感器、激光发射器、光敏检测盘、压力传感器及控制电路根据需要安装到指定位置，其中在进行安装作业时，通过承载螺套与导向螺杆间啮合连接，调节支护板位置，使定位对导洞顶部进行支护，且支护板首先根据导洞顶部结构调整支护角度，同时支护压力通过压力传感器进行检测，满足支护作业的需要，然后将控制电路与外部监控系统及电源系统间电气连接，最后在对导洞底板进行混凝土喷射施工时利用混凝土对承载底座进行定位，从而实现对本发明进行定位装配的需要；

S2， 支护监控，在进行支护作业过程中，首先通过各压力传感器对支护压力进行全程检测，并根据各压力传感器变化，实现对导洞顶板倾斜、位移检测，即导洞顶板向压力增大的压力传感器所在方向发生位移；然后当导洞顶板发生位移时，带动与支护板一同发生运动，从而一方面带动与支护板连接的牵引拉绳进行伸缩运动，并由拉绳式拉力传感器对拉伸在伸缩运动时的拉力变化值进行检测，从而达到对导洞顶板位移、位移方向及位移量进行检测；另一方面带动与支护板连接的激光发射器与发生位移，从而导致激光发生器的激光光束在光敏检测盘上发生位移，从而通过光敏检测盘检测到的激光发射器光束偏移方向及偏移量精确对导洞顶板位移量进行精确测量，最后所采集的压力传感器数据、拉绳式拉力传感器数据及光敏检测盘数据一同通过控制电路进行汇总并发送至上位监控平台，从而达到实时监控导洞顶板位移作业的目的。

本实施了中，所述牵引拉绳、激光发射器与支护板轴线间间距不大于10厘米。

本发明在具体施工中：

承载柱可直接与承载底座进行焊接连接，承载底座可位于底板中也可待底板形成一定强度后置于底板上端面。

在施工中，若承载底座位于底板中，则承载底座可直接与导洞底板的钢格栅进行焊接连接，但要保持承载底座水平，之后喷射混凝土施做底板初支时，用混凝土将承载底座二次固定。

在具体施工中，承载底座与底板钢格栅焊接时，需调整承载底座与钢格栅的焊接搭接长度，使喷混结束后，控制室位于导洞底板上端面。

本发明系统构成简单，安装、日常操作及维护灵活方便，对现场施工几乎无影响，且集成化、模块化及运行自动化程度高；同时有效解决了传统监测方法中测点时常被破坏的难题，环境适应能力，可有效满足各类复杂地质结构导洞顶板位移持续监控作业的需要，并可广泛应用于地铁车站洞桩法施工中的导洞支护及顶板沉降监测。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置包括承载底座、承载柱、导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、控制室、牵引拉绳、拉绳式拉力传感器、激光发射器、光敏检测盘、压力传感器及控制电路，其中所述承载底座与水平面平行分布，其上端面与承载柱连接并同轴分布，所述承载柱上端面通过定位机构与导向螺杆并同轴分布，所述承载螺套包覆在导向螺杆外并与导向螺杆啮合连接，所述承载螺套上端面与支护板下端面铰接，且承载螺套轴线与支护板交点位于支护板中心位置，支护板下端面与承载螺套轴线呈30°—90°夹角，所述护套管与承载柱平行分布，并通过定位机构与承载柱相互连接，且所述护套管位于承载柱后方，其上端面与支护板下端面通过柔性连接管连接，下端面与控制室上端面连接并相互连通，所述牵引拉绳位于护套管内与护套管轴线平行分布，其上端面通过连接扣与支护板下端面铰接，下端面与拉伸式拉力传感器相互连接，所述激光发射器位于护套管内，与支护板下端面连接并垂直分布，所述激光发射器位于护套管轴线与支护板下端交点位置，其光轴与护套管轴线呈0°—60°夹角并与光敏检测盘上表面相交，所述拉绳式拉力传感器、光敏检测盘及控制电路位于控制室内，所述绳式拉力传感器、光敏检测盘均与控制电路电气连接，所述压力传感器至少一个，环绕承载螺套轴线均布在承载螺套外侧，并与支护板下端面连接，且各压力传感器轴线与支护板下端面垂直分布并分别与控制电路电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的承载底座下端面及支护板上端面均布若干定位定位孔，所述定位定位孔环绕承载底座和支护板轴线均布，并与承载底座和支护板轴线平行分布，所述支护板下端面设至少一个倾角传感器，且所述倾角传感器与控制电路电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的承载底座包括基板、承载龙骨及承载面板，其中所述承载面板位于基板正上方并与基板同轴分布，所述基板和承载面板间通过承载龙骨连接，且基板面积为承载面板面积的1.1—1.5倍，所述承载龙骨为与基板同轴分布且其轴向断面为矩形的柱状框架结构，且其高度不大于10厘米。

4.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的承载柱高度为导向螺杆高度的1.1—2.5倍，直径为导向螺杆直径的1.5—3倍。

5.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的定位机构为螺栓、销钉、轴套、卡箍及连接筋板中的任意一种或几种共同使用。

6.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的光敏检测盘与护套管同轴分布，且当激光发射器与护套管轴线夹角为0°时，激光发射器光轴与光敏检测盘中点相交，所述光敏检测盘包括承载托盘、光敏传感器，其中所述承载托盘为圆盘状密闭腔体结构，所述光敏传感器若干并均嵌于承载托盘内，且各光敏传感器对应的承载托盘上端面均设透光口，且光敏传感器上端面嵌于透光口内并低于承载托盘上端面至少3毫米，所述光敏传感器中，其中一个光敏传感器与承载托盘同住分布，剩余各光敏传感器环绕承载托盘轴线呈环状结构均布，且承载托盘同一直径方向上的光敏传感器总数不少于5个，所述的承载托盘上端面另设检测标尺，所述检测标尺为以承载托盘圆心为原点的直角坐标系结构，且所述光敏传感器间相互并联并分别与控制电路电气电路。

7.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的护套管直径为激光发射器、牵引拉绳直径总和的2—10倍，且所述护套管侧表明设一条宽度为5—10毫米的透明观察窗，所述护套管下端面5—20毫米嵌于控制室内。

8.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的控制室为密闭腔体结构，并分别与承载底座上端面及承载柱外表面连接。

9.根据权利要求1所述的一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置，其特征在于，所述的控制电路为就DSP芯片为基础的电路系统，并设至少一个串口通讯端口及至少一个无线数据通讯模块。

10.一种监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置的支护监控方法，其特征在于，所述监测平顶导洞顶板位移的永久支护装置的支护监控方法包括如下步骤：

S1，设备装配，首先根据需要，将承载底座、承载柱及控制室进行连接，构成支护基础，并通过承载底座将组装好的支护基础固定在导洞底部指定工作位置作业面处，然后将导向螺杆、承载螺套、支护板、护套管、牵引拉绳、拉绳式拉力传感器、激光发射器、光敏检测盘、压力传感器及控制电路根据需要安装到指定位置，其中在进行安装作业时，通过承载螺套与导向螺杆间啮合连接，调节支护板位置，使定位对导洞顶部进行支护，且支护板首先根据导洞顶部结构调整支护角度，同时支护压力通过压力传感器进行检测，满足支护作业的需要，然后将控制电路与外部监控系统及电源系统间电气连接，最后在对导洞底部地坪进行灌注施工时利用混凝土的地坪材料对承载底座进行灌注定位，从而实现对本发明进行定位装配的需要；

S2， 支护监控，在进行支护作业过程中，首先通过各压力传感器对支护压力进行全程检测，并根据各压力传感器变化，实现对导洞顶板倾斜、位移检测，即导洞顶板向压力增大的压力传感器所在方向发生位移；然后当导洞顶板发生位移时，带动与支护板一同发生运动，从而一方面带动与支护板连接的牵引拉绳进行伸缩运动，并由拉绳式拉力传感器对拉伸在伸缩运动时的拉力变化值进行检测，从而达到对导洞顶板位移、位移方向及位移量进行检测；另一方面带动与支护板连接的激光发射器与发生位移，从而导致激光发生器的激光光束在光敏检测盘上发生位移，从而通过光敏检测盘检测到的激光发射器光束偏移方向及偏移量精确对导洞顶板位移量进行精确测量，最后所采集的压力传感器数据、拉绳式拉力传感器数据及光敏检测盘数据一同通过控制电路进行汇总并发送至上位监控平台，从而达到实时监控导洞顶板位移作业的目的。

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