CN112177674B - 适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置及方法，解决了现有技术中很难保证压力计与围压平整接触的问题，具有能够精细化调节压力计初始压力值对探测结果的影响的有益效果，具体方案如下：适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，包括用于固定压力计的压力计固定件，压力计固定件可伸缩设置，压力计固定件的一端与连臂通过铰链连接，且连臂与直线移动机构连接，直线移动机构固定于固定部件。

Description

适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置及使用方法
技术领域
本发明涉及隧道领域，尤其是适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置及使用方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
隧道监控量测作为新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的依据，其中围岩压力监测更是能够直接反应隧道围岩应力分布状态，所反映数据对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。
然而，监测仪器安装准备工作比较繁多而且安装后仪器安全性不能保障，目前主要的安装方法是采用射钉枪将压力计固定在岩石上的方式，不仅耗费大量人力，而且采用射钉枪固定压力计的方式容易产生压力计脱落的情况，造成压力计设备浪费。
围岩的平整度和压力计初始压力范围值是影响观测数据准确度的两个决定性因素。通过观测点围岩平整度对压力计观测结果的相关资料分析，结果表明观测点围岩如果与压力计不能做到平整接触，压力计内线圈脉冲电压信号会不稳定，从而使自振钢弦与线圈之间的周期性变化产生偏差，影响线圈所感应的磁阻，造成观测结果异常现象。压力计初始压力偏大易造成后期测量结果超出仪器量程现象。在隧道施工过程中，发明人发现，很难保障测点围岩平整这一条件，为了适应隧道施工过程中监测工作，必须想办法克服测点围岩不平整和初始压力必须要解决测点围岩不平整和初始压力不在规定数值内带来的影响。
更为重要的是，在隧道施工环境下，传统安装方法无法保障所安装监测元件的初始值在规定范围内，容易造成监测元件的浪费现象。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，简单和实用性强、能够精细化调节压力计初始压力值对探测结果的影响，消除围岩平整度的影响，能够做到减少人员劳动强度、提高采集数据准确度。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，包括用于固定压力计的压力计固定件，压力计固定件可伸缩设置，压力计固定件的一端与连臂通过铰链连接，且连臂与直线移动机构连接，直线移动机构固定于固定部件。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述直线移动机构包括旋转动力源，旋转动力源带动主动齿轮转动，所述连臂设置齿条结构，主动齿轮与连臂的齿条结构相啮合。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述旋转动力源通过旋转动力源固定件固定于所述的固定部件，固定部件设置第一开口管，旋转动力源固定件包括用于支撑旋转动力源的固定板，固定板的周侧固定有多根可插入第一开口管的第一插杆。
旋转动力源为旋转电机，相应旋转动力源固定件为电机固定件。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述压力计固定件包括两个支撑盘，两个支撑盘间隔设定距离设置，且两个支撑盘之间通过多个支撑脚连接，支撑脚可伸缩，便于与岩面进行有效地贴合，保证压力计测量的准确性，且远离所述连臂的支撑盘的材料为软性材料。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，两个所述支撑盘中，远离连臂的支撑盘的一侧设置沙袋，所述压力计设于沙袋的外侧。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述支撑脚包括与第一支撑盘固定的固定管，固定管内设置弹性件，弹性件的一端与固定管固连，另一端与撑杆连接，撑杆的另一端与第二支撑盘固定连接，弹性件的设置，可保证压力计固定件在与岩面贴合过程中，支撑脚进行伸缩，保证与岩面的贴合效果。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述连臂通过连臂固定件支撑，连臂固定件固定于所述的固定部件。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述连臂固定件包括至少一个支架，支架设置用于支撑所述连臂的凹槽，连臂可在直线移动机构的带动下沿着凹槽进行往复运动，实现对压力计固定件位置的移动。
如上所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，所述支架通过螺栓固定于所述的固定部件，固定部件为钢拱架；
或者，固定部件设置第二开口管，两个支架共同设置到第二支撑杆或第二支撑板，第二支撑板的周侧可设置多根可插入到第二开口管的第二插杆，第二插杆相对于第二支撑杆或第二支撑板垂直设置。
第二方面，本发明还公开了适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置的使用方法，包括如下内容：
将用于支撑连臂的连臂固定件固定于固定部件，将直线移动机构固定于固定部件；
通过连臂固定件支撑连臂，连臂与压力计固定件连接；
通过压力计固定件安装压力计；
通过直线移动机构带动连臂移动，将压力计推送到岩石表面；
压力计与测试仪连接，测试仪所显示的频率值通过计算获得压力值，当压力值计算结果为负数时，压力计受压状态未在量程范围内，通过连臂推进及回缩运动，当压力计显示值为正值时，表明压力计在受压状态，监测结果在量程范围内。
上述本发明的有益效果如下：
1)本发明通过整体机构的设置，使得压力计安装时能够实现精确调节压力计初始数据、自动调整测点围岩平整度，具有精准调节初始压力功能，确保初始压力在量程范围内，大大减少了测点不平整对监测结果的影响。
2)本发明通过支撑脚可伸缩设置，且连臂与压力计固定件通过球形铰结构进行连接，具有自动调整岩面平整度功能，保证监测结果有效的效果。
3)本发明通过旋转动力源固定件通过第一插杆与钢拱架连接，连臂固定件与固定部件(钢拱架)通过螺栓或通过第二插杆连接，使得旋转动力源固定件和连臂固定件可重复使用，节省大量成本，而且可免去很多的焊接工作，且可实现重复利用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置的示意图。
图2是本发明根据一个或多个实施方式的压力计固定件的示意图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
其中：1、旋转电机，2、支撑脚，3、电机固定件，4、连臂，5、第一插杆，6、支架，7、球形铰结构，8、第二支撑盘，9、弹性件，10、第一支撑盘，11、支持脚，12、第二插杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，现有技术中因围岩不平整，导致压力计初始压力不再规定范围内的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置。
本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，包括用于固定压力计的压力计固定件2，压力计固定件2一侧能够与岩面贴合，压力计固定件的一端与连臂通过铰链连接，且连臂与直线移动机构连接，直线移动机构固定于固定部件，固定部件为现场的钢拱架，本实施例中，铰链选择球形铰结构7。
直线移动机构包括旋转动力源，旋转动力源带动主动齿轮转动，连臂设置齿条结构，主动齿轮与连臂的齿条结构相啮合，电机固定件用于固定支撑旋转电机，连臂固定件用于将连臂支撑在设定的高度位置，压力计固定件用于安装压力计。
在一些示例中，旋转动力源为旋转电机，相应旋转动力源固定件为电机固定件。
其中，电机固定件3固定于钢拱架，钢拱架通过电机固定件支撑旋转电机，电机固定件包括固定板，固定板为固定钢板，固定钢板设于旋转电机的底部和周侧，旋转电机与固定钢板可通过螺栓或其他方式进行固定连接，固定钢板焊接于钢拱架，实现钢拱架对固定钢板的支撑，从而对旋转电机进行支撑。
或者，在一些示例中，钢拱架设置第一开口管，固定钢板的底部设于第一支撑杆或第一支撑板，第一支撑板的周侧可设置多根第一插杆5，在第一支撑杆的两端设置第一插杆，或者，第一支撑板的四个角处分别设置第一插杆5，第一插杆5相对于固定钢板垂直设置，第一插杆可插入预先焊接在钢拱架上的第一开口管内，使电机固定件固定于钢拱架。
连臂4呈宽条状，连臂的一侧面设有齿条，与旋转电机1所带动的主动齿轮相互啮合，连臂的末端设有球形铰结构7，通过球形铰结构7与压力计固定件8相连。
主动齿轮可实现正反转动，在旋转电机1的带动下，可带动连臂实现伸缩运动，从而调节压力机固定部件与围岩之间的距离。
进一步，为了对连臂进行设置，连臂通过连臂固定件进行支撑，连臂固定件包括两个支架6，两个支架之间间隔有设定的距离，以保证对连臂的稳定支撑，每一支架纵向截面均为U型，即支架6设置凹槽，两个支架6通过凹槽来支撑连臂，两个支架焊接于钢拱架上，保证凹槽处于同一水平面，且保证连臂垂直于围岩表面，使连臂在直线移动机构的带动下能够顺利在凹槽中往返移动。
当然可以理解的是，在另一些示例中，钢拱架设置第二开口管，两个支架共同设置到第二支撑杆或第二支撑板，第二支撑板的周侧可设置多根第二插杆，在第二支撑杆的两端设置第二插杆12，或者，第二支撑板的四个角处分别设置第二插杆12，第二插杆相对于第二支撑杆或第二支撑板垂直设置，第二插杆可插入预先焊接在钢拱架上的第二开口管内，使支架固定于钢拱架。
压力计固定件2为圆盘状，参考图2所示，包括两个支撑盘，支撑盘均为圆盘，两个圆盘之间间隔有设定的距离，第一支撑盘10为钢制圆盘，且第一支撑盘的周围固定三个可伸缩的支撑脚，支撑脚与第一支撑盘垂直，且支撑脚11的一端与第一支撑盘固定，支撑脚11的另一端与第二支撑盘8固定，第二支撑盘为塑胶质圆盘，起自动找平作用，或者，第二支撑盘远离第一支撑盘的一侧可固定有真空细沙袋，使得压力计固定件的找平效果较好。
第二支撑盘8远离支撑脚的一侧用于安装压力计，压力计为压力传感器，压力计可通过螺栓或其它固定方式固定于第二支撑盘的端面，在安装有真空细沙袋时，压力计固定于真空细沙袋的内侧，支撑脚的可伸缩性保障岩面与压力计接触时不会起到阻碍作用，第一支撑盘通过连臂末端的球形铰结构与连臂相连，以使压力计与略倾斜岩面相贴合。
进一步，支撑脚包括与第一支撑盘固定的固定管，固定管内设置弹性件，弹性件的一端与固定管固连，另一端与撑杆连接，撑杆的另一端与第二支撑盘固定连接，通过弹性件的设置，可保证压力计固定件与岩面的贴合效果。
使用前，先在钢拱架上焊接开口管用于放置电机固定件，然后在钢拱架上焊接连臂固定件中的支架，将电机固定件安装到钢拱架上，将连臂固定在支架上，装上压力计与真空细沙袋。
准备工作完成后，使用旋转电机驱动齿轮旋转，将压力计推送到岩石表面，压力计通过公式：P＝K(fi 2-f0 2)(公式1)获得压力值，
式中：P被测物的压力(MPa)；
K仪器灵敏系数(MPa/Hz2)，每个仪器系数值不同；
fi实时测量频率值(Hz)；
f0初始频率值(Hz)，压力计出厂有标定。
压力计与测试仪连接，测试仪所显示的频率值通过公式1计算获得压力值，压力计受压状态未在量程范围内，通过旋转电机缓慢转动带动连臂移动，执行连臂推进及回缩运动，当计算结果为正值时，即通过调整连臂的位置使得计算结果为正值时，表明压力计在受压状态，监测结果在量程范围内；
停止移动连臂，在一些示例中，考虑到压力监测的时间是较长的，可先将连臂与钢拱架焊接连接，保持连臂对压力计固定件的压力，然后再将旋转电机等拆除，用于其他用途。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)

1.适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，包括用于固定压力计的压力计固定件，压力计固定件可伸缩设置，压力计固定件的一端与连臂通过铰链连接，且连臂与直线移动机构连接，直线移动机构固定于固定部件；所述压力计固定件包括两个支撑盘，两个支撑盘间隔设定距离设置，且两个支撑盘之间通过多个支撑脚连接，支撑脚可伸缩，且远离所述连臂的支撑盘的材料为软性材料；所述支撑脚包括与第一支撑盘固定的固定管，固定管内设置弹性件，弹性件的一端与固定管固连，另一端与撑杆连接，撑杆的另一端与第二支撑盘固定连接。
2.根据权利要求1所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，所述直线移动机构包括旋转动力源，旋转动力源带动主动齿轮转动，所述连臂设置齿条结构，主动齿轮与连臂的齿条结构相啮合。
3.根据权利要求2所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，所述旋转动力源通过旋转动力源固定件固定于所述的固定部件，固定部件设置第一开口管，旋转动力源固定件包括用于支撑旋转动力源的固定板，固定板的周侧固定有多根可插入第一开口管的第一插杆。
4.根据权利要求1所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，两个所述支撑盘中，远离连臂的支撑盘的一侧设置沙袋，所述压力计设于沙袋的外侧。
5.根据权利要求1所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，所述连臂通过连臂固定件支撑，连臂固定件固定于所述的固定部件。
6.根据权利要求5所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，所述连臂固定件包括至少一个支架，支架设置用于支撑所述连臂的凹槽。
7.根据权利要求6所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置，其特征在于，所述支架通过螺栓固定于所述的固定部件，固定部件为钢拱架。
8.根据权利要求7所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置,其特征在于，所述固定部件设置第二开口管，两个支架共同设置到第二支撑杆或第二支撑板，第二支撑板的周侧设置多根可插入到第二开口管的第二插杆，第二插杆相对于第二支撑板垂直设置。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的适用于隧道围岩压力监测的辅助安装装置的使用方法，其特征在于，包括如下内容：
将用于支撑连臂的连臂固定件固定于固定部件，将直线移动机构固定于固定部件；
通过连臂固定件支撑连臂，连臂与压力计固定件连接；
通过压力计固定件安装压力计；
通过直线移动机构带动连臂移动，将压力计推送到岩石表面；
压力计与测试仪连接，测试仪所显示的频率值通过计算获得压力值，当压力值计算结果为负数时，压力计受压状态未在量程范围内，执行连臂推进及回缩运动，当压力计显示值为正值时，表明压力计在受压状态，监测结果在量程范围内。
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