CN113624155A - 一种隧道工程变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道工程变形监测装置，包括监测扫描仪、箱体、位于箱体上端的升降组件以及位于箱体内部的驱动组件，所述升降组件呈圆周排列在分布在箱体表面，所述驱动组件呈对称分布在所述箱体内部两侧，所述升降组件包括基座、第一套筒、第二套筒以及第三套筒，所述第一套筒、第二套筒以及第三套筒之间通过第二电机控制螺纹杆转动，控制伸缩长度，实现对监测扫描仪的多角度调节，且调节过程丝滑平稳，使监测数据更精确，调节所述驱动组件包括第一电机、连杆、支撑板以及转动轮，利用第一电机控制连杆转动，配合两端第一齿轮与齿形结构啮合，控制支撑板进行伸缩，可以使监测装置能够在导轨或地面等多种隧道环境内进行监测任务。

Description

一种隧道工程变形监测装置

技术领域

本发明涉及隧道工程变形监测技术领域，具体为一种隧道工程变形监测装置。

背景技术

隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道，隧道起着连通两个区域，为人员车辆通行或运载物品的作用。如今，随着我国对隧道工程的建设发展越来越快，且国内对于隧道施工阶段的监测技术已经比较成熟，然而对于隧道运营期间的监测却远远不足，隧道运营阶段其运营时间跨度大、影响因素复杂以及受损后灾害社会影响大等因素，使得隧道的变形监测更为重要，而隧道的监测包括隧道结构腐蚀监测、结构变形监测、结构内力监测以及环境情况监测，其中结构变形的监测对于隧道工程来说尤为重要，其监测内容主要包括隧道的垂直沉降、水平位移和断面的收敛变形。

发明内容

本发明提供一种隧道工程变形监测装置，解决了隧道变形监测过程中监测效率低下、自动化程度不高以及行动不便的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道工程变形监测装置，包括监测扫描仪、箱体、位于箱体上端的升降组件以及位于箱体内部的驱动组件，所述升降组件以监测扫描仪为中心呈圆周分布在箱体表面，所述驱动组件呈对称分布在所述箱体内部两侧；

所述升降组件包括基座、第一套筒、第二套筒以及第三套筒，所述基座位于所述监测扫描仪下端，所述第一套筒顶端与所述基座边缘侧壁相连，所述第一套筒插在所述第二套筒内部，所述第二套筒外壁插在所述第三套筒内壁，所述第三套筒尾端与所述箱体相连，所述第一套筒内部设有一螺纹杆，所述第一套筒内壁设有第一螺纹，所述第一套筒外壁下端设有第二螺纹，所述第二套筒内壁上端设有第三螺纹，所述第二套筒外壁下端设有第四螺纹，所述第三套筒内壁设有第五螺纹，所述螺纹杆外壁与所述第一螺纹啮合，所述螺纹杆转动带动所述第一套筒上移，所述第一套筒下端的第二螺纹与所述第二套筒上端的第三螺纹相互啮合后，所述第一套筒与第二套筒一同转动，所述第二套筒外壁下端的第四螺纹沿着第三套筒内壁上移，所述第一套筒、第二套筒以及第三套筒之间相互配合，控制所述基座进行升降；

所述驱动组件包括第一电机、连杆、支撑板以及转动轮，所述第一电机、连杆位于所述箱体内部下端，所述第一电机输出端设有第一锥齿轮，所述连杆杆身设有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，所述连杆两端分别设有第一齿轮，所述箱体底端表面对称设有凹口，所述支撑板插在所述凹口中，所述支撑板位于箱体内部的表面设有齿形结构，所述第一齿轮分别与所述齿形结构啮合，所述转动轮分别与所述支撑板外端通过设有的连接轴相连，所述第一电机转动控制所述连杆两端的第一齿轮转动，所述支撑板沿着所述凹口内壁伸长或缩短，所述转动轮跟随所述支撑板移动，所述转动轮作用于地面或者轨道上。

优选的，所述螺纹杆下端设有一通槽，所述通槽内部设有一长杆，所述长杆在所述通槽中平滑移动，且所述通槽内壁设有第一长凸块，所述长杆外壁设有第一长滑槽，所述第一长凸块分别与所述第一长滑槽对应插合，所述长杆与所述螺纹杆无法周向转动。

优选的，所述长杆下端设有第二电机，所述第二电机输出端与所述长杆底端相连，所述第二电机控制所述升降组件工作，所述升降组件升降的高度分别与所述第二电机输出功率相互对应。

优选的，所述箱体表面设有凹槽，所述凹槽轮廓与所述升降组件形状相同，所述升降组件收缩时水平置于所述凹槽内。

优选的，所述基座边缘侧壁设有第一支撑轴，所述第一套筒顶端设有第一通孔，所述第一通孔与所述第一支撑轴铰接，所述第一套筒顶端在所述第一支撑轴上自由摆动，所述第三套筒尾端设有第二通孔，所述箱体表面设有的凹槽侧壁设有设有第二支撑轴，所述第二支撑轴与所述第二通孔相互铰接，所述第三套筒在所述第二支撑轴上自由摆动。

优选的，所述转动轮外侧设有挡块，所述挡块与轨道卡合，所述箱体两侧表面设有圆槽，所述转动轮在无轨隧道中行走时，所述转动轮位于所述圆槽中。

优选的，所述支撑板两侧设有第二长凸块，所述凹口两内壁表面分别设有第二长滑槽，所述第二长凸块插在所述第二长滑槽内，在第一齿轮与齿形结构啮合传动下，所述支撑板沿着所述凹口作直线运动，所述支撑板移动过程中，所述转动轮间距随之变化，与隧道中的轨道相互卡合。

优选的，所述监测扫描仪包括摄像头以及壳体，所述摄像头两端分别与所述壳体内壁铰接，所述摄像头在壳体内壁表面垂直转动，所述壳体下端与所述基座上端卡合铰接，所述壳体在所述基座上方水平转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明中，通过在所述箱体表面设置凹槽，使得安装在监测扫描仪与驱动组件中的升降组件可以收纳在所述凹槽内部，利用第三套筒尾端的第二通孔与第二支撑轴铰接，第一套筒顶端的第一通孔与第一支撑轴铰接，配合套筒伸缩，可以使套筒水平安置在箱体表面，极大的节省了升降组件的收纳空间，方便装置的携带与存放。

2、本发明中，通过在监测扫描仪下端设置的升降组件，升降组件一监测扫面仪为中心均匀分布，利用第一电机控制所述长杆转动，并配合螺纹杆带动第一套筒向上移动，转动至顶端时，所述第一套筒外壁下端的第二螺纹将于第二套筒顶端的第三螺纹啮合，第一套筒与第二套筒联动，第二套筒也随之沿着第三套筒内壁第五螺纹上下移动，所述监测扫面仪由下端的升降组件控制，可以任意调节自身高度，实现监测装置的多角度调节。配合第一套筒、第二套筒、第三套筒以及螺纹杆的上螺纹结构的啮合联动，可以使监测扫面仪的高度调节更加平稳丝滑，无顿挫感，使监测数据更加精确，且升降组件可由第一电机自动控制，提高监测装置的监测效率。

3、本发明中，通过在监测扫描仪下单设置驱动组件，利用设置在箱体下端内部第二电机自动控制连杆转动，连杆两端的第一齿轮分别与两侧的支撑板上的齿形结构啮合，控制所述支撑板在箱体下端的凹口内作伸缩运动，配合支撑板一侧的转动轮可以自由适应不同工况下的监测任务，所述支撑板伸长后，转动轮可与含有轨道的隧道内进行监测任务，利用转动轮上的挡块沿着导轨移动，当隧道内行走空间狭小且无导轨使，所述支撑板可以收缩至箱体下端的凹口中，转动轮与地面直接接触，配合上端的监测扫描仪进行监测任务，通过驱动组件中的第一齿轮与齿形结构的配合，可以实现对不同环境隧道的变形监测任务。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明监测装置一视角的结构示意图；

图2是本发明监测装置另一视角的结构示意图；

图3是本发明监测装置的俯视图；

图4是本发明升降组件收缩时的内部剖视图；

图5是本发明升降组件的爆炸图；

图6是本发明螺纹杆一视角的结构示意图；

图7是本发明驱动组件一视角的结构示意图；

图8是本发明图7中A处放大的结构示意图；

图中标号：1、监测扫描仪；101、摄像头；102、壳体；2、箱体；201、凹槽；202、第二支撑轴；3、升降组件；301、基座；302、第一套筒；303、第二套筒；304、第三套筒；305、螺纹杆；306、第一螺纹；307、第二螺纹；308、第三螺纹；309、第四螺纹；310、第五螺纹；311、通槽；312、长杆；313、第一长凸块；314、第一长滑槽；315、第二电机；316、第一支撑轴；317、第一通孔；318、第二通孔；4、驱动组件；401、第一电机；402、连杆；403、支撑板；404、转动轮；405、第一锥齿轮；406、第二锥齿轮；407、第一齿轮；408、凹口；409、齿形结构；410、连接轴；411、挡块；412、圆槽；413、第二长凸块；414、第二长滑槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-3所示，一种隧道工程变形监测装置，包括监测扫描仪1、箱体2、位于箱体2上端的升降组件3以及位于箱体2内部的驱动组件4，所述监测扫描仪1包括摄像头101以及壳体102，所述摄像头101两端分别与所述壳体102内壁铰接，所述摄像头101在壳体102内壁表面垂直转动，所述壳体102下端与所述基座301上端卡合铰接，所述壳体102在所述基座301上方水平转动，所述升降组件3以监测扫描仪1为中心呈圆周分布在箱体2表面，所述驱动组件4呈对称分布在所述箱体2内部两侧，所述箱体2表面设有凹槽201，所述凹槽201轮廓与所述升降组件3形状相同，所述升降组件3收缩时水平置于所述凹槽201内；

其中，如图4-6所示，所述升降组件3包括基座301、第一套筒302、第二套筒303以及第三套筒304，所述基座301位于所述监测扫描仪1下端，所述第一套筒302顶端与所述基座301边缘侧壁相连，所述第一套筒302插在所述第二套筒303内部，所述第二套筒303外壁插在所述第三套筒304内壁，所述第三套筒304尾端与所述箱体2相连，所述基座301边缘侧壁设有第一支撑轴316，所述第一套筒302顶端设有第一通孔317，所述第一通孔317与所述第一支撑轴316铰接，所述第一套筒302顶端在所述第一支撑轴316上自由摆动，所述第三套筒304尾端设有第二通孔318，所述箱体2表面设有的凹槽201侧壁设有设有第二支撑轴202，所述第二支撑轴202与所述第二通孔318相互铰接，所述第三套筒304在所述第二支撑轴202上自由摆动，所述第一套筒302内部设有一螺纹杆305，所述螺纹杆305下端设有一通槽311，所述通槽311内部设有一长杆312，所述长杆312在所述通槽311中平滑移动，且所述通槽311内壁设有第一长凸块313，所述长杆312外壁设有第一长滑槽314，所述第一长凸块313分别与所述第一长滑槽314对应插合，所述长杆312与所述螺纹杆305无法周向转动，所述长杆312下端设有第二电机315，所述第二电机315为伺服电机，可以左右转动输出，控制升降组件3的升高和降低，所述第二电机315输出端与所述长杆312底端相连，所述第二电机315控制所述升降组件3工作，所述升降组件3升降的高度分别与所述第二电机315输出功率相互对应，所述第一套筒302内壁设有第一螺纹306，所述第一套筒302外壁下端设有第二螺纹307，所述第二套筒303内壁上端设有第三螺纹308，所述第二套筒303外壁下端设有第四螺纹309，所述第三套筒304内壁设有第五螺纹310，所述螺纹杆305外壁与所述第一螺纹306啮合，所述螺纹杆305转动带动所述第一套筒302上移，所述第一套筒302下端的第二螺纹307与所述第二套筒303上端的第三螺纹308相互啮合后，所述第一套筒302与第二套筒303一同转动，所述第二套筒303外壁下端的第四螺纹309沿着第三套筒304内壁上移，所述第一套筒302、第二套筒303以及第三套筒304之间相互配合，控制所述基座301进行升降。

其中，如图7-8所示，所述驱动组件4包括第一电机401、连杆402、支撑板403以及转动轮404，所述第一电机401、连杆402位于所述箱体2内部下端，所述第一电机401也为伺服电机，可以左右输出转动，控制支撑板403进行伸缩运动，所述第一电机401输出端设有第一锥齿轮405，所述连杆402杆身设有第二锥齿轮406，所述第一锥齿轮405与所述第二锥齿轮406啮合，所述连杆402两端分别设有第一齿轮407，所述箱体2底端表面对称设有凹口408，所述支撑板403插在所述凹口408中，所述支撑板403位于箱体2内部的表面设有齿形结构409，所述第一齿轮407分别与所述齿形结构409啮合，所述转动轮404分别与所述支撑板403外端通过设有的连接轴410相连，所述转动轮404外侧设有挡块411，所述挡块411与轨道卡合，所述箱体2两侧表面设有圆槽412，所述转动轮404在无轨隧道中行走时，所述转动轮404位于所述圆槽412中，所述第一电机401转动控制所述连杆402两端的第一齿轮407转动，所述支撑板403沿着所述凹口408内壁伸长或缩短，所述支撑板403两侧设有第二长凸块413，所述凹口408两内壁表面分别设有第二长滑槽414，所述第二长凸块413插在所述第二长滑槽414内，在第一齿轮407与齿形结构409啮合传动下，所述支撑板403沿着所述凹口408作直线运动，所述支撑板403移动过程中，所述转动轮404间距随之变化，与隧道中的轨道相互卡合，所述转动轮404跟随所述支撑板403移动，所述转动轮404作用于地面或者轨道上。

使用时，将监测装置放置在隧道内部进行隧道变形监测，由第一电机401控制长杆312转动，长杆312转动时利用第一长凸块313与第一长滑槽314进行转动限位，使长杆312与螺纹杆305可以一同转动，螺纹杆305转动过程中，配合第一套筒302内壁的第一螺纹306，使第一套筒302上下移动，且当第一套筒302移动至顶端时，第二螺纹307与第二套筒303内部的第三螺纹308进行啮合，第一套筒302与第二套筒303联动，第四螺纹309与第三套筒304内壁的第五螺纹310啮合，螺纹杆305持续转动时，第二套筒303可上下移动，升降组件3通过各个套筒之间的伸缩，实现对基座301的高度调节，可控制第一电机401的输出功率，实现各个升降组件3不同的伸长量，使基座301还可以进行角度的调节，且位于箱体2内部的驱动组件4可以根据监测环境选择驱动方式，当隧道内不含导轨时，所述监测装置直接放置在隧道内的地面上，通过转动轮404直接与地面接触进行监测，当需要在隧道内导轨上进行监测时，可通过第二电机315输出端的第一锥齿轮405与连杆402上的第二锥齿轮406进行啮合，带动连杆402转动，位于连杆402两端的第一齿轮407将通过与之啮合的齿形结构409，带动支撑板403沿着凹口408侧壁向外移动，使转动轮404脱离箱体2两侧的圆槽412，扩大两侧转动轮404的间距，配合转动轮404上的挡块411与导轨向卡合，然后配合监测扫描仪1壳体102下端水平转动，以及摄像头101的垂直转动，使监测装置可以实现对隧道内多角度的变形监测任务。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：包括监测扫描仪、箱体、位于箱体上端的升降组件以及位于箱体内部的驱动组件，所述升降组件以监测扫描仪为中心呈圆周分布在箱体表面，所述驱动组件呈对称分布在所述箱体内部两侧；

所述升降组件包括基座、第一套筒、第二套筒以及第三套筒，所述基座位于所述监测扫描仪下端，所述第一套筒顶端与所述基座边缘侧壁相连，所述第一套筒插在所述第二套筒内部，所述第二套筒外壁插在所述第三套筒内壁，所述第三套筒尾端与所述箱体相连，所述第一套筒内部设有一螺纹杆，所述第一套筒内壁设有第一螺纹，所述第一套筒外壁下端设有第二螺纹，所述第二套筒内壁上端设有第三螺纹，所述第二套筒外壁下端设有第四螺纹，所述第三套筒内壁设有第五螺纹，所述螺纹杆外壁与所述第一螺纹啮合，所述螺纹杆转动带动所述第一套筒上移，所述第一套筒下端的第二螺纹与所述第二套筒上端的第三螺纹相互啮合后，所述第一套筒与第二套筒一同转动，所述第二套筒外壁下端的第四螺纹沿着第三套筒内壁上移，所述第一套筒、第二套筒以及第三套筒之间相互配合，控制所述基座进行升降；

所述驱动组件包括第一电机、连杆、支撑板以及转动轮，所述第一电机、连杆位于所述箱体内部下端，所述第一电机输出端设有第一锥齿轮，所述连杆杆身设有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，所述连杆两端分别设有第一齿轮，所述箱体底端表面对称设有凹口，所述支撑板插在所述凹口中，所述支撑板位于箱体内部的表面设有齿形结构，所述第一齿轮分别与所述齿形结构啮合，所述转动轮分别与所述支撑板外端通过设有的连接轴相连，所述第一电机转动控制所述连杆两端的第一齿轮转动，所述支撑板沿着所述凹口内壁伸长或缩短，所述转动轮跟随所述支撑板移动，所述转动轮作用于地面或者轨道上。

2.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述螺纹杆下端设有一通槽，所述通槽内部设有一长杆，所述长杆在所述通槽中平滑移动，且所述通槽内壁设有第一长凸块，所述长杆外壁设有第一长滑槽，所述第一长凸块分别与所述第一长滑槽对应插合，所述长杆与所述螺纹杆无法周向转动。

3.根据权利要求2所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述长杆下端设有第二电机，所述第二电机输出端与所述长杆底端相连，所述第二电机控制所述升降组件工作，所述升降组件升降的高度分别与所述第二电机输出功率相互对应。

4.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述箱体表面设有凹槽，所述凹槽轮廓与所述升降组件形状相同，所述升降组件收缩时水平置于所述凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述基座边缘侧壁设有第一支撑轴，所述第一套筒顶端设有第一通孔，所述第一通孔与所述第一支撑轴铰接，所述第一套筒顶端在所述第一支撑轴上自由摆动，所述第三套筒尾端设有第二通孔，所述箱体表面设有的凹槽侧壁设有设有第二支撑轴，所述第二支撑轴与所述第二通孔相互铰接，所述第三套筒在所述第二支撑轴上自由摆动。

6.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述转动轮外侧设有挡块，所述挡块与轨道卡合，所述箱体两侧表面设有圆槽，所述转动轮在无轨隧道中行走时，所述转动轮位于所述圆槽中。

7.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述支撑板两侧设有第二长凸块，所述凹口两内壁表面分别设有第二长滑槽，所述第二长凸块插在所述第二长滑槽内，在第一齿轮与齿形结构啮合传动下，所述支撑板沿着所述凹口作直线运动，所述支撑板移动过程中，所述转动轮间距随之变化，与隧道中的轨道相互卡合。

8.根据权利要求1所述的一种隧道工程变形监测装置，其特征在于：所述监测扫描仪包括摄像头以及壳体，所述摄像头两端分别与所述壳体内壁铰接，所述摄像头在壳体内壁表面垂直转动，所述壳体下端与所述基座上端卡合铰接，所述壳体在所述基座上方水平转动。

Images