CN114235034A - 隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置及方法，包括：压力盒固定机构，盒体和柔性材料，盒体内用于放置压力盒，柔性材料用于填充压力盒与盒体之间的空间，盒体内的压力盒能够通过柔性材料与围岩接触；应变计固定机构：包括能够与应变计固定的卡盒，卡盒固定有固定件，固定件能够与钢拱架外侧面固定以使得卡盒卡接的应变计压紧在钢拱架外侧面；顶紧机构：包括至少两个伸缩驱动件，伸缩驱动件用于设置在压力盒固定机构和应变计固定机构之间，能够对压力盒固定机构和应变计固定机构施加顶紧力，采用本发明的装置施工速度快。
Description
技术领域
本发明涉及隧道监控测量技术领域，具体涉及隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
为了研究围岩应力与支护结构内力的演化规律与结构安全状态，需要对隧道进行监控量测。监控量测的内容主要包括围岩-支护结构的空间变形和围岩-支护结构的力学作用。对于围岩-支护结构的力学作用监测，采用在支护结构内埋设力学监测仪器的方式，如压力盒、钢拱架应变计、传统方法中，压力盒和钢拱架应变计分别设置，压力盒采用黏土粘贴固定在围岩表面，发明人发现，此种方式由于围岩表面不平整而容易导致压力盒不均匀受力，从而使得测量产生误差，钢拱架应变计需要焊接在钢拱架上，这就容易导致应变计的高温破坏，元件成活率低。而且压力盒和应变计的安装方法耗费时间长，数据线杂乱。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，解决了压力盒和钢拱架应变计传统安装方式所存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的实施例提供了隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，包括：
压力盒固定机构，盒体和柔性材料，盒体内用于放置压力盒，柔性材料用于填充压力盒与盒体之间的空间，盒体内的压力盒能够通过柔性材料与围岩接触；
应变计固定机构：包括能够与应变计固定的卡盒，卡盒固定有固定件，固定件能够与钢拱架外侧面固定以使得卡盒卡接的应变计压紧在钢拱架外侧面；
顶紧机构：包括至少两个伸缩驱动件，伸缩驱动件用于设置在压力盒固定机构和应变计固定机构之间，能够对压力盒固定机构和应变计固定机构施加顶紧力。
可选的，还包括第一支座和第二支座，所述盒体固定在第一支座内部，伸缩驱动件一端能够与第一支座接触，通过第一支座对盒体施加顶推力，所述第二支座用于设置在伸缩驱动件与应变计固定机构之间，伸缩驱动件能够通过第二支座对应变计固定机构施加顶推力。
可选的，所述伸缩件包括调节杆，所述调节杆两端分别螺纹连接有第一套筒和第二套筒，第一套筒能够第一支座接触，第二套筒能够第二支座接触。
可选的，所述第一支座设置有第一穿线孔，第二支座设置有第二穿线孔，第一穿线孔和第二穿线孔用于将压力盒的信号线引出。
可选的，所述固定件采用L型结构，包括垂直设置的第一固定部和第二固定不，所述第一固定部与卡盒固定连接，所述第二固定部能够与钢拱架固定连接。
可选的，所述第二固定部上开设有安装孔，第二固定部能够通过安装孔和锁紧螺栓与钢拱架锁紧固定。
可选的，所述卡盒内开始有用于放置应变计的卡槽，所述卡槽的深度不大于应变计的厚度，以使得固定件能够通过卡盒将应变计压紧在钢拱架外侧面。
可选的，多个所述的伸缩件的轴线位于同一平面内。
第二方面，本发明的实施例提供了一种隧道围岩应力和钢拱架一体化测量辅助装置的工作方法，包括以下步骤：
应变计固定在卡盒内，利用固定件将卡盒固定在钢拱架的外侧面，使得卡盒将应变计压紧在钢拱架外侧面；
将压力盒放置在盒体内部，并在压力盒和盒体之间填充柔性材料，将压力盒通过柔性材料压在围岩表面；
在卡盒和盒体之间设置伸缩驱动件，伸缩驱动件伸缩使得伸缩驱动件顶紧卡盒和盒体。
可选的，调节伸缩驱动件的长度，使得压力盒通过柔性材料贴合住围岩表面。
上述本发明的有益效果如下：
1.本发明的装置，利用伸缩驱动件将卡盒和盒体顶紧，且伸缩驱动件能够调节长度，应变计利用卡盒压紧在钢拱架外侧面，无需焊接固定，避免了元件的高温损坏，伸缩驱动件设置多个，即使围岩超挖或岩面倾斜，也可以确保压力盒通过柔性材料与岩面紧密贴合，确保压力盒接触面平整，受力均匀，测量结果准确。
2.本发明的装置，通过伸缩驱动件能够实现压力盒和应变计的同时固定，不用分别安装压力盒和应变计，大大缩短了施工安装时间。
3.本发明的装置，第一支座和第二支座上设置穿线孔，能够把压力盒的信号线和应变计的信号线分开，避免了连线杂乱无章的绕成一团。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例1整体结构示意图；
图2是本发明实施例1伸缩驱动件结构示意图；
其中，1.盒体，2.压力盒，3.柔性材料，4.卡盒，5.固定件，6.铆钉，7.调节螺栓，8.调节杆，9.第一套筒，10.第二套筒，11.第一支座，12.第二支座，13.信号线。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，如图1-图2所示，包括盒体、柔性材料、第一支座、卡盒、固定件、第二支座及多个伸缩驱动件。
所述盒体和柔性材料构成压力盒固定机构，所述卡盒、固定件构成应变计固定机构。
所述盒体1一端敞口设置，用于放置压力盒2，所述盒体内部空间大于压力盒的空间，且盒体内部空间的深度大于压力盒的厚度。
压力盒放入盒体内后，能够在压力盒和盒体之间的空间填充柔性材料3。
本实施例中，所述柔性材料采用海绵或橡胶或其他类型的柔性材料，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
盒体内的压力盒能够通过柔性材料与围岩面接触，确保压力盒受力均匀，避免压力盒在刚性接触中产生不均匀受力。
所述卡盒4的底面设置有与应变计相匹配的卡槽，为了使得应变计能够压紧在钢拱架的外侧面上，所述卡槽的深度小于应变计的厚度，使得应变计插入卡槽后能够有部分伸出至卡槽外部。
所述卡盒的两个相对的盒壁外侧面固定有固定件5，所述固定件通过螺栓或螺钉或铆钉6固定在卡盒上。
所述固定件能够与钢拱架的外侧面固定，用于将应变计利用卡盒压紧在钢拱架的外侧面上。
所述固定件采用L型板，包括垂直设置的第一固定部和第二固定部，所述第一固定部通过铆钉与卡盒固定，所述第二固定部上设置有安装孔，安装孔中穿过有调节螺栓7，所述调节螺栓能够穿过钢拱架的翼板，并旋紧固定螺母，从而将固定件与钢拱架固定，进而实现将应变计压紧在钢拱架的外侧面。
所述伸缩件驱动件设置至少两个，伸缩驱动件用于设置在压力盒固定机构和应变计固定机构之间，伸缩驱动件能够将压力盒固定机构和应变计固定机构顶紧固定。
调节伸缩驱动件的长度，能够调节压力盒固定机构的角度，进而使得压力盒与围岩面接触吻合，在刚刚开挖的隧道中，围岩面较不平整，通过伸缩驱动件的长度，有效的解决这一问题。
本实施例中，所述伸缩驱动件包括调节杆8，所述调节杆为螺纹杆，所述调节杆的两端分别螺纹连接有第一套筒9和第二套筒10，转动第一套筒和第二套筒，第一套筒和第二套筒能够沿调节杆轴线方向运动，进而调节整个伸缩驱动件的长度。
进一步的，为了增加伸缩驱动件对压力盒固定机构和应变计固定机构的顶推稳定性，设置三个伸缩驱动件，且三个伸缩驱动件的轴线位于同一个平面上。
由于盒体和卡盒的面积较小，不方便三个伸缩驱动件与盒体和卡盒直接接触，因此设置了第一支座11和第二支座12，所述第一支座与盒体固定连接，伸缩驱动件的第一套筒能够与第一支座接触，所述第二支座用于设置在卡盒与伸缩驱动件之间，伸缩驱动件的第二套筒能够与第二支座接触。
进一步的，为了防止压力盒的信号线及应变计的信号线杂乱，绕成一团，所述第一支座上设置有第一穿线孔13，所述第二支座上设置有第二穿线孔14，压力盒的信号线15能够通过第一穿线孔和第二穿线孔穿出并固定在钢拱架上，使得压力盒的信号线和应变计的信号线分开，防止绕线。
实施例2：
本实施例公开了实施例1所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置的工作方法：
将应变计安装在卡盒的卡槽内部，然后通过铆钉将固定件与卡盒固定连接，将应变计放置在钢拱架的外侧面，然后将固定件与钢拱架通过调节螺栓连接，旋紧调节螺母，使得卡盒将应变计压紧在钢拱架的外侧面，实现应变计与钢拱架的刚性连接，应变计能够与钢拱架产生同步变形。
在盒体内放入压力盒，并在压力盒和盒体之间填充柔性材料，利用柔性材料将压力盒压紧在盒体内部。
放置盒体，将压力盒通过柔性材料与围岩表面接触。
在卡盒上放置第二支座，在第一支座和第二支座之间放置伸缩驱动件，转动第一套筒或第二套筒，调节伸缩驱动件的长度，使得三个伸缩驱动件将压力盒顶紧在围岩表面。
如果围岩表面不平整，调节伸缩驱动件的长度，使得压力盒与围岩面接触吻合。
将压力盒的信号线通过第一穿线孔和第二穿线孔引出，并同应变计的信号线一同固定在钢拱架上，将压力盒信号线和应变计信号线与数据采集仪连接，利用数据采集仪接收压力盒检测得到的压力信息及应变计检测得到的应变信息。
采用本实施例的方法，应变计利用卡盒压紧在钢拱架外侧面，无需焊接固定，避免了元件的高温损坏，而且施工速度快，效率高。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，包括：
压力盒固定机构，盒体和柔性材料，盒体内用于放置压力盒，柔性材料用于填充压力盒与盒体之间的空间，盒体内的压力盒能够通过柔性材料与围岩接触；
应变计固定机构：包括能够与应变计固定的卡盒，卡盒固定有固定件，固定件能够与钢拱架外侧面固定以使得卡盒卡接的应变计压紧在钢拱架外侧面；
顶紧机构：包括至少两个伸缩驱动件，伸缩驱动件用于设置在压力盒固定机构和应变计固定机构之间，能够对压力盒固定机构和应变计固定机构施加顶紧力。
2.如权利要求1所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，还包括第一支座和第二支座，所述盒体固定在第一支座内部，伸缩驱动件一端能够与第一支座接触，通过第一支座对盒体施加顶推力，所述第二支座用于设置在伸缩驱动件与应变计固定机构之间，伸缩驱动件能够通过第二支座对应变计固定机构施加顶推力。
3.如权利要求2所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，所述伸缩件包括调节杆，所述调节杆两端分别螺纹连接有第一套筒和第二套筒，第一套筒能够第一支座接触，第二套筒能够第二支座接触。
4.如权利要求2所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，所述第一支座设置有第一穿线孔，第二支座设置有第二穿线孔，第一穿线孔和第二穿线孔用于将压力盒的信号线引出。
5.如权利要求1所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，所述固定件采用L型结构，包括垂直设置的第一固定部和第二固定部，所述第一固定部与卡盒固定连接，所述第二固定部能够与钢拱架固定连接。
6.如权利要求5所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，所述第二固定部上开设有安装孔，第二固定部能够通过安装孔和锁紧螺栓与钢拱架锁紧固定。
7.如权利要求1所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，所述卡盒内开始有用于放置应变计的卡槽，所述卡槽的深度不大于应变计的厚度，以使得固定件能够通过卡盒将应变计压紧在钢拱架外侧面。
8.如权利要求1所述的隧道围岩应力和钢拱架应变一体化测量辅助装置，其特征在于，多个所述的伸缩件的轴线位于同一平面内。
9.一种权利要求1-8任一项所述的隧道围岩应力和钢拱架一体化测量辅助装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
应变计固定在卡盒内，利用固定件将卡盒固定在钢拱架的外侧面，使得卡盒将应变计压紧在钢拱架外侧面；
将压力盒放置在盒体内部，并在压力盒和盒体之间填充柔性材料，将压力盒通过柔性材料压在围岩表面；
在卡盒和盒体之间设置伸缩驱动件，伸缩驱动件伸缩使得伸缩驱动件顶紧卡盒和盒体。
10.如权利要求9所述的隧道围岩应力和钢拱架一体化测量辅助装置的工作方法，其特征在于，调节伸缩驱动件的长度，使得压力盒通过柔性材料贴合住围岩表面。
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