CN113338252A - 一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，包括多组测量装置和数据采集仪，每组测量装置均包括支撑管、至少两个锚固模组、传动模组和倾斜测量模组，每个锚固模组包括吊管，吊管下端设有锚固杆；传动模组包括铰接球，铰接球固定连接在支撑管内壁上，铰接球上侧和下侧分别固定连接碳纤维固定装置，碳纤维固定装置内部固定连接第一传感构件；倾斜测量模组包括支撑杆，支撑杆固定连接在支撑管内壁上，支撑杆端头固定连接梁式传感构件，梁式传感构件下端铰接连接重物。本发明通过锚固模组使得土体与测量装置锚固更加紧密；自动化的数据采集以及分析可以实时监测数据；土体的分层倾斜和沉降监测一体化，提高监测效率。

Description

一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统及方法

技术领域

本发明涉及土体沉降监测技术领域，尤其涉及一种距离可调的磨边机。

背景技术

近年来建筑工程的高度和规模不断扩大，在施工过程中土体的沉降和倾斜会对建筑造成严重损害，因此实时监测土体的沉降和倾斜对工程安全尤为重要。

目前对于土体分层沉降的监测主要是现场采用沉降测量仪进行监测，沉降测量仪的测量系统主要由沉降磁环、电磁感应探头、测尺等部分组成。这种测量仪的大致原理如下：将沉降磁环埋布于土体之中，土体沉降带动沉降磁环跟随沉降，然后将测尺与电磁感应探头顺着沉降管送下，当电磁感应探头距沉降磁环一定距离时，发出提示铃声，这样就可以根据沉降磁环的初始位置测量沉降土体沉降。该种测量方法需要消耗较多的人力，且测量并不准确，施工环境较为恶劣的情况下容易产生较大的误差。

该种测量方法需要消耗较多的人力，且测量并不准确，施工环境较为恶劣的情况下容易产生较大的误差。同时，该种方法的的成本较高，也无法实时监测土体的沉降。

目前常规的测斜仪都由人工监测，且无法同时测量土体的沉降，消耗大量的人力，且智能程度较低，费时费力。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种距离可调的磨边机，从而解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，包括多组测量装置和数据采集仪，每组测量装置均包括支撑管、至少两个锚固模组、传动模组和倾斜测量模组；

每个锚固模组包括吊管，所述支撑管设有贯穿孔，所述吊管固定连接在贯穿孔内，吊管下端设有锚固杆，所述锚固杆包括圆柱形铰，所述圆柱形铰转动连接在吊管下端，所述圆柱形铰一侧固定连接伸缩杆；

传动模组包括铰接球，所述铰接球固定连接在支撑管内壁上，所述铰接球上侧和下侧分别固定连接碳纤维固定装置，所述碳纤维固定装置内部固定连接第一传感构件；

倾斜测量模组包括支撑杆，所述支撑杆固定连接在支撑管内壁上，所述支撑杆端头固定连接梁式传感构件，所述梁式传感构件下端铰接连接重物；

所述第一传感构件及梁式传感构件内部均装有Flex弯曲传感器，相邻两个测量装置的Flex弯曲传感器通过信号缆串联，信号缆上端与数据采集仪固定连接。

优选地，所述数据采集仪内部设有锂电池。

优选地，碳纤维固定装置的形状为长方体。

优选地，所述信号缆包括内部的裸光纤和外部的PVC包裹层。

优选地，所述Flex弯曲传感器为矩形条状结构。

优选地，所述吊管下端固定连接驱动电机，所述驱动电机的主轴端头固定连接驱动齿轮，所述圆柱形铰外侧固定连接外齿环，所述外齿环与驱动齿轮相啮合，所述伸缩杆包括固定管，所述固定管与圆柱形铰固定连接并连通，所述固定管内滑动连接伸缩内管，所述固定管一侧固定连接电动推杆，所述电动推杆与伸缩内管固定连接。

一种土层倾斜与沉降监测方法，采用上述的监测系统，包括以下操作步骤：

步骤一，在待测区域钻一个监测孔，监测孔的内壁对应钻取多个钻孔，钻孔内放置套管，将多组测量装置放入监测孔内。其中Flex弯曲传感器与信号缆串联，接入位于地面的数据采集仪，数据采集仪通过G数据传输终端传输至云端分析平台分析；

步骤二，打开操作开关，两侧锚固杆升起并通过伸缩杆伸入套管内进行灌浆锚固；当土体发生沉降时，两侧的锚固杆带动上层锚固模组下沉，与上层锚固模组相连的传动模组的第一传感构件也进行下沉，导致上下的第一传感构件的角度之间发生变化，Flex弯曲传感器得到变化的角度，并将数据传输回G数据传输终端，结合三角形内部角与边的关系可推算出上下锚固模组之间的土体沉降；

步骤三，土体发生倾斜时，碳纤维固定装置倾斜，导致连接在碳纤维固定装置上的倾斜测量模组的梁式传感构件倾斜与下侧的重物产生一定的角度，Flex弯曲传感器得到变化的角度，即可测量出与锚固装置相连的土体的倾斜角度。

优选地，所述套管为金属管，所述套管外侧均匀分布镂空孔。

本发明的优点在于：本发明所提供的一种距离可调的磨边机通过锚固模组使得土体与测量装置锚固更加紧密；自动化的数据采集以及分析可以实时监测数据；土体的分层倾斜和沉降监测一体化，提高监测效率。

本发明通过切割管钻取芯柱，切割管钻取到位后反向转动，凸块受到外侧土压力作用停滞，相对的使得弧形块对应挤压卡爪，卡爪嵌入芯柱内并形成抱紧，随着切割管抽离，将芯柱一同带走，形成管腔，便于安装套管进行锚固。

附图说明

图1是本发明的单个测量装置的结构示意图；

图2是本发明的整体平面示意图；

图3是本发明的整体立面示意图；

图4是图3中的E处局部放大图；

图5是本发明的锚固模组的结构示意图；

图6是本发明的传动模组的工作原理示意图；

图7是本发明的倾斜测量模组的工作原理示意图；

图8是本发明的投放装置的基本结构示意图；

图9是图8中的F处局部放大图；

图10是图8中的H处局部放大图；

图11是本发明的钻孔装置的基本结构示意图；

图12是图11中的M处局部放大图；

图13是本发明的切割管的基本结构示意图；

图14是图13中的N处局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-14所示，本发明提供的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，包括多组测量装置和数据采集仪1，数据采集仪1内部设有锂电池，数据采集仪1通过5G数据传输终端传输至云端分析平台分析，依托自动化计算得到数据可以大大减少监测人员的工作，每组测量装置均包括支撑管2、至少两个锚固模组3、传动模组4和倾斜测量模组5；

每个锚固模组3包括吊管31，支撑管2设有贯穿孔，吊管31固定连接在贯穿孔内，吊管31下端设有锚固杆32，锚固杆32包括圆柱形铰321，圆柱形铰321转动连接在吊管31下端，圆柱形铰321一侧固定连接伸缩杆322；

传动模组4包括铰接球41，铰接球41固定连接在支撑管2内壁上，铰接球41上侧和下侧分别固定连接碳纤维固定装置42，碳纤维固定装置42的形状为长方体，碳纤维固定装置42内部固定连接第一传感构件43；

倾斜测量模组5包括支撑杆51，支撑杆51固定连接在支撑管2内壁上，支撑杆51端头固定连接梁式传感构件52，梁式传感构件52下端铰接连接重物53；

第一传感构件43及梁式传感构件52内部均装有Flex弯曲传感器6，Flex弯曲传感器6为矩形条状结构，相邻两个测量装置的Flex弯曲传感器6通过信号缆7串联，信号缆7上端与数据采集仪1固定连接，信号缆7包括内部的裸光纤和外部的PVC包裹层，信号缆7通过PVC包裹层防护使得可以满足土体内部埋设的工程环境。

第一传感构件43各预留一个用于插入Flex弯曲传感器6的空槽，倾斜测量模组5的梁式传感构件52左右各预留一个用于插入Flex弯曲传感器6的空槽，将Flex弯曲传感器6置于空槽内，并将Flex弯曲传感器6的弯曲点控制在传感器旋转连接球铰处。

如附图6所示，当土体发生沉降时，两侧的锚固杆32带动上层锚固模组3下沉，与上层锚固模组3相连的第一传感构件43也进行下沉，导致上下的第一传感构件43的角度之间发生变化，Flex弯曲传感器6得到变化的角度，并将数据传输回终端，结合三角形内部角与边的关系可推算出上下测量装置之间的土体沉降。

如附图7所示，土体发生倾斜时，梁式传感构件52倾斜与下侧的重物53产生一定的角度，Flex弯曲传感器6得到变化的角度，即可测量出与锚固模组3相连的土体的倾斜角度。

吊管31下端固定连接驱动电机311，驱动电机311的主轴端头固定连接驱动齿轮312，圆柱形铰321外侧固定连接外齿环313，外齿环313与驱动齿轮312相啮合，伸缩杆322包括固定管3221，固定管3221与圆柱形铰321固定连接并连通，固定管3221内滑动连接伸缩内管3222，固定管3221一侧固定连接电动推杆，电动推杆与伸缩内管3222固定连接，伸缩内管3222伸缩进行灌浆。

一种土层倾斜与沉降监测方法，采用上述的监测系统，包括以下操作步骤：

步骤一，在待测区域钻一个监测孔10，监测孔10的内壁对应钻取多个钻孔，钻孔内放置套管20，将多组测量装置放入监测孔10内。其中Flex弯曲传感器6与信号缆7串联，接入位于地面的数据采集仪1，数据采集仪1通过5G数据传输终端传输至云端分析平台分析；

步骤二，打开操作开关，两侧锚固杆32升起并通过伸缩杆322伸入套管20内进行灌浆锚固，套管20为金属管，套管20外侧均匀分布镂空孔，方便锚固杆32插入后灌浆锚固；当土体发生沉降时，两侧的锚固杆32带动上层锚固模组3下沉，与上层锚固模组3相连的传动模组4的第一传感构件43也进行下沉，导致上下的第一传感构件43的角度之间发生变化，Flex弯曲传感器6得到变化的角度，并将数据传输回5G数据传输终端，结合三角形内部角与边的关系可推算出上下锚固模组3之间的土体沉降；

步骤三，土体发生倾斜时，碳纤维固定装置42倾斜，导致连接在碳纤维固定装置42上的倾斜测量模组5的梁式传感构件52倾斜与下侧的重物53产生一定的角度，Flex弯曲传感器6得到变化的角度，即可测量出与锚固模组3相连的土体的倾斜角度。

监测系统的工作原理如下：

实验室中测得Flex弯曲传感器6的传感器示数与角度之间的线性关系k。在测量过程中，通过Flex弯曲传感器6弯曲不同角度时传感器的示数不同，根据线性系数k得到相应的角度。

如图6，在整套设备安装完成后，各层碳纤维固定装置42之间的初始夹角为α_n，且碳纤维固定装置42的长度都为为L。当发生土体沉降时，变化后的夹角为β_n。则土体沉降Δh_n的计算公式如下：

多层测量装置分别计算相应的土体沉降累加：

如图7，当土体发生倾斜时，倾斜测量模组5右侧的Flex弯曲传感器6记录相应的角度变化，从而计算土体倾斜角度：

Δθ_i'＝|γ_i-λ_i'|。

式中：γ_i为梁式传感构件52与重物53的初始角度，λ_i'为土体发生倾斜后锚固模组3随之倾斜，梁式传感构件52右侧Flex弯曲传感器6与重物53的角度。

当土体发生倾斜时，倾斜测量模组5左侧的Flex弯曲传感器6记录相应的角度变化，从而计算土体倾斜角度：

Δθ_i”＝|γ_i-λ_i”|。

式中：γ_i为梁式传感构件52与重物53的初始角度，λ_i”为土体发生倾斜后锚固模组3随之倾斜，传感构件左侧Flex弯曲传感器6与重物53的角度。

土体倾斜的角度可得：

同理可以测得每层土体的倾斜角度。

多层测量装置分别计算相应的土体倾斜角度累加，得：

当土体产生倾斜后，每层土体得角度分别是Δθ₁、Δθ₂、Δθ₃······Δθ_n，沉降的高度差分别为Δh₁、Δh₂、Δh₃······Δh_n。每层土体的水平位移为ΔL_i。

每层土体的水平位移为ΔL_i，得：

ΔL_i＝Δh_i tanΔθ_i。

多层测量装置分别计算相应的土体水平位移累加，得：

本发明还包括投放装置，投放装置包括移动台车8，移动台车8中部设有通槽81，移动台车8上侧固定连接立板82，立板82上端固定连接横板83，横板83上侧固定连接液压油缸84，液压油缸84的伸缩杆322下端转动连接圆形柱85，圆形柱85下端设有外螺纹，圆形柱85下端通过外螺纹螺纹连接加长杆86，加长杆86包括支杆861，支杆861上端固定连接卡接盘862，圆形柱85与卡接盘862螺纹连接，支杆861下端螺纹连接圆台863，圆台863底部设有滑动槽，滑动槽内对称滑动连接两个滑动块，每个滑动块下端固定连接方形杆864，方形杆864下端固定连接横杆865，支撑管2的内壁设有插孔866，插孔866与横杆865端头对应设置，加长杆86可以依次设置多个，当需要加长吊放深度，卡接盘862通过垫块垫起防止下降，圆形柱85与接盘862分离，在圆形柱85与接盘862之间加入新的加长杆86，以扩充行程，以便于吊放多个测量装置。

还包括钻孔装置9，钻孔装置9包括圆管91，圆管91内壁设有吊装孔，圆管91设有贯穿槽92，圆管91下端固定连接圆盘93，圆盘93上侧设有第一滑槽94，第一滑槽94内对称滑动连接两个第一滑块95，每个第一滑块95上侧固定连接一个侧板96，两个侧板96相对的一侧分别固定连接钻孔电机97，钻孔电机97的主轴固定连接切割管98，切割管98端头设有切割齿，切割管98能够由贯穿槽92穿过；

圆盘93上侧固定连接竖板931，竖板931一侧设有第二滑槽，第二滑槽内滑动连接第二滑块932，第二滑块932两侧分别铰接连接一个摆动杆933，摆动杆933与侧板96铰接连接，通过对应的电动推杆使得第二滑块932在第二滑槽内滑动，由摆动杆933的铰接作用使得两个第一滑块95滑动，侧板96上的切割管98对土层进行钻取芯柱；

切割管98远离钻孔电机97的一端内壁固定连接垫环981，垫环981朝向切割管98内部的一侧环形阵列转动连接多个卡爪982，每个卡爪982的转轴设有扭簧，切割管98环形阵列设置多个通孔983，每个通孔983内滑动连接一个连接块984，连接块984朝向切割管98轴线的一侧固定连接弧形块985，弧形块985抵压接触在卡爪982的外弧面上，连接块984远离切割管98轴线的一侧固定连接弧形板986，弧形板986的外弧面设有多个凸块987，切割管98钻取到位后反向转动，凸块987受到外侧土压力作用停滞，相对的使得弧形块985对应挤压卡爪982，卡爪982嵌入芯柱内并形成抱紧，随着切割管98抽离，将芯柱一同带走，形成管腔，便于安装套管20。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，包括多组测量装置和数据采集仪(1)，其特征在于：每组测量装置均包括支撑管(2)、至少两个锚固模组(3)、传动模组(4)和倾斜测量模组(5)；

每个锚固模组(3)包括吊管(31)，所述支撑管(2)设有贯穿孔，所述吊管(31)固定连接在贯穿孔内，吊管(31)下端设有锚固杆(32)，所述锚固杆(32)包括圆柱形铰(321)，所述圆柱形铰(321)转动连接在吊管(31)下端，所述圆柱形铰(321)一侧固定连接伸缩杆(322)；

传动模组(4)包括铰接球(41)，所述铰接球(41)固定连接在支撑管(2)内壁上，所述铰接球(41)上侧和下侧分别固定连接碳纤维固定装置(42)，所述碳纤维固定装置(42)内部固定连接第一传感构件(43)；

倾斜测量模组(5)包括支撑杆(51)，所述支撑杆(51)固定连接在支撑管(2)内壁上，所述支撑杆(51)端头固定连接梁式传感构件(52)，所述梁式传感构件(52)下端铰接连接重物(53)；

所述第一传感构件(43)及梁式传感构件(52)内部均装有Flex弯曲传感器(6)，相邻两个测量装置的Flex弯曲传感器(6)通过信号缆(7)串联，信号缆(7)上端与数据采集仪(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，其特征在于：所述数据采集仪(1)内部设有锂电池。

3.根据权利要求1所述的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，其特征在于：碳纤维固定装置(42)的形状为长方体。

4.根据权利要求1所述的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，其特征在于：所述信号缆(7)包括内部的裸光纤和外部的PVC包裹层。

5.根据权利要求1所述的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，其特征在于：所述Flex弯曲传感器(6)为矩形条状结构。

6.根据权利要求1所述的一种新型注浆锚固分层倾斜与沉降监测系统，其特征在于：所述吊管(31)下端固定连接驱动电机(311)，所述驱动电机(311)的主轴端头固定连接驱动齿轮(312)，所述圆柱形铰(321)外侧固定连接外齿环(313)，所述外齿环(313)与驱动齿轮(312)相啮合，所述伸缩杆(322)包括固定管(3221)，所述固定管(3221)与圆柱形铰(321)固定连接并连通，所述固定管(3221)内滑动连接伸缩内管(3222)，所述固定管(3221)一侧固定连接电动推杆，所述电动推杆与伸缩内管(3222)固定连接。

7.一种土层倾斜与沉降监测方法，采用权利要求1至6任意一项所述的监测系统，其特征在于：包括以下操作步骤：

步骤一，在待测区域钻一个监测孔(10)，监测孔(10)的内壁对应钻取多个钻孔，钻孔内放置套管(20)，将多组测量装置放入监测孔(10)内。其中Flex弯曲传感器(6)与信号缆(7)串联，接入位于地面的数据采集仪(1)，数据采集仪(1)通过(5)G数据传输终端传输至云端分析平台分析；

步骤二，打开操作开关，两侧锚固杆(32)升起并通过伸缩杆(322)伸入套管(20)内进行灌浆锚固；当土体发生沉降时，两侧的锚固杆(32)带动上层锚固模组(3)下沉，与上层锚固模组(3)相连的传动模组(4)的第一传感构件(43)也进行下沉，导致上下的第一传感构件(43)的角度之间发生变化，Flex弯曲传感器(6)得到变化的角度，并将数据传输回(5)G数据传输终端，结合三角形内部角与边的关系可推算出上下锚固模组(3)之间的土体沉降；

步骤三，土体发生倾斜时，碳纤维固定装置(42)倾斜，导致连接在碳纤维固定装置(42)上的倾斜测量模组(5)的梁式传感构件(52)倾斜与下侧的重物(53)产生一定的角度，Flex弯曲传感器(6)得到变化的角度，即可测量出与锚固装置相连的土体的倾斜角度。

8.根据权利要求7所述的一种土层倾斜与沉降监测方法，其特征在于：所述套管(20)为金属管，所述套管(20)外侧均匀分布镂空孔。

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