CN114608504A - 一种引水隧洞的可更换位移测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种引水隧洞的可更换位移测量装置，包括与测点固定的锚头和固定在安装孔中的基座，所述基座与安装孔可拆卸固定，所述锚头设有扩张部，扩张部包括扩张状态和回缩状态，当所述扩张部处于扩张状态时，所述扩张部凸出于锚头外壁适用于与测点配合固定锚头，当所述扩张部处于回缩状态时，所述扩张部外表面位于锚头的外壁内侧使得所述位移测量装置可从测孔中退出。引水隧洞在通水期间检测困难，在隧洞中设置永久观测装置比如位移计检测隧洞岩层的位移和裂纹是一种有效的手段，引水隧洞检修通常需要停水进行，由于永久观测装置埋设在岩体中，修复复杂，本发明的位移测量装置可以进行整体更换节约整体检修时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种引水隧洞的可更换位移测量装置。
背景技术
引水隧洞是常见的一种引调水工程建筑，埋藏在地下，水利条件复杂，易发生缺陷，与普通的交通隧洞不同，引水隧洞的检修不能在运行通水期间进行，引水隧洞向城市供水，供水关乎民生和生产，不能轻易停水，停水检修和城市供水存在着矛盾，因此在引水隧洞中设置永久的观测装置，比如位移计来持续监测隧洞岩体结构的变化，及时发现隧洞的裂纹，避免发生隧洞坍塌等严重事故，是一种有效的手段。通常位移计安装在距离隧洞岩体中距离岩体表面20cm以上，岩体的外侧通常还设有衬砌，位移计的锚头和基座通过灌浆固定在钻孔中。不足的是，位移计安装到位后，无法回收或更换，由于引水隧洞与交通隧洞不同在运行期间即使出现故障也无法进行即时的修复，需要在停水期间进行检修，而上述的永久观测装置无法进行快速的更换，需要重新进行安装，这对具有严格时间限制的停水检修不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以整体进行更换或回收的通水隧洞的可更换位移测量装置。
为了实现以上目的，本发明的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，包括与测点固定的锚头和固定在安装孔中的基座，所述基座与安装孔可拆卸固定，所述锚头设有扩张部，扩张部包括扩张状态和回缩状态，当所述扩张部处于扩张状态时，所述扩张部凸出于锚头外壁适用于与测点配合固定锚头，当所述扩张部处于回缩状态时，所述扩张部外表面位于锚头的外壁内侧使得所述位移测量装置可从测孔中退出。
进一步的，所述锚头设有凹槽，凹槽包括平行于锚头轴线的第一槽段和与第一槽段连接的第二槽段，第二槽段与锚头轴线的夹角为锐角，所述扩张部包括若干扩张片和与扩张片连接的连接部，连接部的另一端连接在凹槽中并带动扩张部沿凹槽移动，所述连接部的长度与凹槽配合使得当所述连接部处于第一槽段时所述扩张部处于扩张状态，当所述连接部处于第二槽段时所述扩张部处于回缩状态。
所述锚头也可以包括可相对移动的外端部和内端部，内端部和外端部的外壁设有互相配合的凹槽，所述扩张部包括铰接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片与外端部的凹槽铰接，所述第二连接片与内端部的凹槽铰接，所述锚头设有限位部用以限制外端部和内端部相向移动的相对位置，以这样的方式使得当所述外端部和内端部相向移动至与限位部接触时，所述扩张部处于扩张状态，当所述外端部或内端部远离移动使得所述第一连接片和第二连接片成一条直线时，所述第一连接片和第二连接片处在凹槽中使得所述扩张部处于回缩状态。
进一步的，所述第一连接片的长度大于第二连接片的长度，以这样的方式使得当所述限位部使得当所述外端部或内端部相向移动至与限位部接触时，所述第二连接片垂直于锚头轴线。
所述锚头也可包括可相对移动的外端部和内端部，所述外端部内部设有滑槽，所述滑槽的内壁上设有安置槽和穿过外端部外壁的通孔，所述扩张部包括穿过通孔的柱体和设在柱体上的底座，底座与安置槽之间设有弹簧，所述内端部可沿滑槽移动并压迫所述底座使得所述扩张部的柱体凸出于外端部的外壁表面。
进一步的，所述通孔外侧套接截面成U形的壳体，所述内端部的内部设有可相对内端部移动的顶杆，所述顶杆用于将所述壳体顶离通孔的位置。
进一步的，所述扩张部适用于与测孔的台阶面配合。
进一步的，所述基座包括主体和与设在主体外侧的金属环，金属环与主体通过可调长度的连接柱连接，所述金属环包括调节口。
进一步的，所述连接柱包括螺套和与螺套配合的螺栓，所述螺套或螺栓上设有用于调节连接柱长度的手柄。
进一步的，所述金属环外壁上设有多个凸起。
本发明的有益效果：
(1)本发明的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，包括与测点固定的锚头和与安装孔可拆卸固定的基座，锚头设有扩张部，锚头的尺寸略小于或等于测孔的尺寸使得锚头可以顺利地从测孔中进出，扩张部的扩张状态使得扩张部凸出于锚头外壁与测点紧配，当测点的岩体产生位移时，岩体带动扩张部，扩张部带动锚头，锚头带动与之连接的测杆产生与岩体相等的位移，通过测杆的位移变化，位移传感器即可以测得岩体的位移。当需要进行回收和更换时，使扩张部回缩使扩张部外表面位于锚头的外壁内侧，此时锚头的尺寸略小于或等于测孔的尺寸，拆卸基座后，即可将该测量装置整体回收或更换。
(2)本发明的具体实施例中，基座的主体外侧设有带调节口的金属环，金属环表面设有可刺入岩体的三角凸起，金属环和基座的主体间设有通过螺栓调节长度的连接柱，当连接柱长度调长时，金属环向外扩张与岩体配合固定基座，当连接柱长度缩短时，连接柱带动金属环回缩，金属环与岩体脱离固定。
附图说明
图1为安装在隧洞中的位移计示意图；
图2为位移计的示意图；
图3为实施例1中的锚头示意图；
图4为实施例1中锚头的俯视示意图；
图5为实施例2中的锚头示意图；
图6为实施例2中的一种优选的锚头示意图；
图7为实施例3中的锚头示意图；
图8为实施例3中的一种优选的锚头示意图；
图9为基座的示意图。
附图标记说明：1、锚头；101、外壁；102、接杆；103、凹槽；1031、第一槽段；1032、第二槽段；104、外端部；1041、滑槽；1042、安置槽；1043、通孔；1044、插入槽；105、内端部；1051、插入端；106、限位部；2、基座；201、主体；202、金属环；203、连接柱；2031、螺套；2032、螺栓；2033、手柄；204、调节口；205、凸起；3、扩张部；301、扩张片；302、连接部；303、第一连接片；304、第二连接片；305、柱体；306、底座；307、弹簧；4、测杆护管；5、位移传感器护管；6、壳体；7、顶杆；8、测点；9、安装孔；10、衬砌；11、预留窗。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
参照图1至图9所示，本发明的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，包括适用于与测点8固定的锚头1和适用于固定在安装孔9中的基座2，基座2与岩体中钻出的安装孔9可拆卸固定，锚头1设有扩张部3，扩张部3包括扩张状态和回缩状态，扩张部3处于扩张状态时，扩张部3凸出于锚头的外壁101适用于与测点8配合固定锚头1，当扩张部3处于回缩状态时，扩张部3外表面位于锚头的外壁101内侧使得位移测量装置可从测孔中退出。可更换位移测量装置为一种位移计，还包括测杆、测杆护管4、位移传感器和位移传感器护管5，测杆安装在测杆护管4中，位移传感器安装在位移传感器护管5中，测杆和基座2上通常还设有密封圈，测杆一端与锚头的接杆102连接，锚头接杆102与锚头1连接，位移传感器与电缆连接。现有技术中，根据工程师的设计，在隧洞的预定位置钻孔，将位移计组装后放入钻孔中，灌浆固定锚头和基座。位移计的工作原理是当测点的岩体产生位移时，会带动与测点固定的锚头产生相等的位移，锚头带动测杆，位移传感器通过测量测杆的位移得到测点沿位移计轴向的位移值。当灌浆硬化后，位移计的锚头和基座与岩体结合，很难在不损伤测孔和位移计的情况下将位移计从测孔中移除，本实施例中的扩张部3具有扩张状态可使得锚头1与测点8固定，通过基座2与岩体的可拆卸连接以及将扩张部3隐藏在锚头的外壁101内使位移测量装置可以无损退出。在测孔和安装孔9完好的情况下，可以在原钻孔中整体更换或重新安装一个新的位移测量装置。
参照图3、图4所示，本发明的实施例1中，锚头1设有凹槽103，凹槽103包括平行于锚头1轴线的第一槽段1031和与第一槽段1031连接的第二槽段1032，第二槽段1032与锚头1轴线的夹角为锐角，扩张部3包括若干扩张片301和与扩张片301连接的连接部302，连接部302的另一端连接在凹槽103中并用于带动扩张部3沿凹槽103移动，该凹槽103可为工字形槽，连接部302被限位在凹槽103内进行移动，连接部302的长度与凹槽103配合使得当连接部302处于第一槽段1031时扩张部3处于扩张状态，当连接部302处于第二槽段1032时所述扩张部3处于回缩状态。在本实施例中，扩张部3套接在锚头1上。如图3所示，扩张部3处于收缩状态时，将位移测量装置放入测孔中，当扩张部3与测孔底部接触时，继续向前推动该位移测量装置，锚头1与扩张部3相向移动，连接部302沿第二槽段1032向第一槽段1031移动，扩张片301向外扩张与测点8紧配固定。当连接部302位于第一槽段1031底部时，此时无法再向测孔内移动，将基座2固定在安装孔9中。退出时，向外拉动测量装置，此时扩张部3与测点8紧配，锚头1与扩张部3间摩擦力小于扩张部3与测点8间的摩擦力，锚头1向外退出直至连接部302移动至第二槽段1032的顶部，扩张部3的扩张片301回缩至凹槽103中，整个位移测量装置沿测孔退出。第一槽段1031平行于锚头1轴线，使得扩张部3移动至第一槽段1031底部与岩体紧配时，连接部302受力，此时连接部302垂直于锚头1轴线，受力方向垂直于锚头1轴线，避免作用力产生轴线上的分力导致锚头1产生退出力，影响位移传感器的读数。
参照图5、图6所示，本发明的实施例2与实施例1基本相同，其区别仅在于，锚头1包括可相对移动的外端部104和内端部105，内端部105和外端部104的外壁101设有互相配合的凹槽103，扩张部3包括铰接的第一连接片303和第二连接片304，第一连接片303与外端部的凹槽103铰接，第二连接片304与内端部的凹槽103铰接，锚头1设有限位部106用以限制外端部104和内端部105相向移动的相对位置，以这样的方式使得当外端部104和内端部105相向移动至与限位部106接触时，扩张部3处于扩张状态，当外端部104或内端部105远离移动使得所述第一连接片303和第二连接片304成一条直线时，第一连接片303和第二连接片304处在凹槽103中使得所述扩张部3处于回缩状态。在本实施例中，外端部104包括一个插入槽1044，内端部105设有一个与插入槽1044配合的插入端1051，第一连接片303和第二连接片304之间也可设有第三连接片，第三连接片与第一连接片303和第二连接片304铰接。
参照图6所示，在上述实施例2中，第二连接片304与测点8紧配时会产生一个轴向的分力，锚头1受到一个轴向作用力导致测杆移动产生误差，一种优选的方案是，第一连接片303的长度大于第二连接片304的长度，以这样的方式使得当外端部104和内端部105相向移动至与限位部106接触时，第二连接片304垂直于锚头1轴线。本实施例中，第二连接片304为主受力部件，其作用力垂直于轴线方向，避免误差产生。
参照图7、图8所示，本发明的实施例3与实施例2基本相同，其区别仅在于锚头1包括可相对移动的外端部104和内端部105，外端部104内部设有滑槽1041，滑槽1041的内壁上设有安置槽1042和穿过外端部外壁的通孔1043，扩张部3包括穿过通孔1043的柱体305和设在柱体305底部的底座306，底座306与安置槽1042之间设有弹簧307，内端部105可沿滑槽1041移动并压迫底座306使得扩张部的柱体305凸出于外端部的外壁101表面。在本实施例中，内端部105压迫底座306使得柱体305凸出于外端部104的表面并与测点8紧配，外端部104或内端部105上设有限位部106，当外端部104或内端部105与限位部106接触时，安装到位。退出时，内端部105退出接触对底座306的压迫，柱体305在弹簧307作用下回缩，就可以整体顺利退出。
在上述实施例3中，由于柱体的底座306受到弹簧307作用，内端部105相对外端部104移动时可能导致柱体305偏移从而导致安装不到位，一种优选的方案是，通孔1043外侧预先套接截面成U形的壳体6，内端部105的内部设有可相对内端部105移动的顶杆7，柱体305为弹性体，在安装前，内端部105与限位部106接触，壳体6套接在通孔1043上，弹性体被压缩在安置槽1042中，移动至预定位置后，移动顶杆7将壳体6顶离通孔1043的位置，柱体305从安置槽1042中弹出并与测点8紧配，退出时，拉动内端部105使得内端部105离开安置槽1042位置，柱体305在弹簧307作用下回缩至安置槽1042中，位移测量装置整体退出。
在上述实施例中，测孔可具有台阶面，扩张部3适用于与测孔的台阶面配合，测孔的台阶面可以先进行钻孔，钻孔后在孔的预定位置使用切刀进行环切产生用于与扩张部3配合的台阶面，另一种产生的台阶面可以先钻孔，然后在孔中压入预制的套管用以产生台阶面，台阶面可使得扩张部3与测点8固定更为牢固。
参照图9所示，在上述实施例1或2或3中，基座2包括主体201和与设在主体201外侧的金属环202，金属环202与主体201通过可调长度的连接柱203连接，金属环202包括调节口204。
在上述实施例中，连接柱203包括螺套2031和与螺套2031配合的螺栓2032，螺套2031或螺栓2032上设有用于调节连接柱203长度的手柄2033。安装时转动手柄2033就可实现金属环202的调节。
在上述实施例中，金属环202外壁101上设有多个尖锐的三角凸起205，用以加强金属环202与安装孔9岩壁间结合的牢固度。
在上述实施例中，参照图1所示，在隧洞的衬砌10上可设预留窗11，该预留窗11可启闭用以更换位移测量装置。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种引水隧洞的可更换位移测量装置，包括与测点固定的锚头和固定在安装孔中的基座，其特征在于：所述基座与安装孔可拆卸固定，所述锚头设有扩张部，扩张部包括扩张状态和回缩状态，当所述扩张部处于扩张状态时，所述扩张部凸出于锚头外壁适用于与测点配合固定锚头，当所述扩张部处于回缩状态时，所述扩张部外表面位于锚头的外壁内侧使得所述位移测量装置可从测孔中退出。
2.根据权利要求1所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述锚头设有凹槽，凹槽包括平行于锚头轴线的第一槽段和与第一槽段连接的第二槽段，第二槽段与锚头轴线的夹角为锐角，所述扩张部包括若干扩张片和与扩张片连接的连接部，连接部的另一端连接在凹槽中并带动扩张部沿凹槽移动，所述连接部的长度与凹槽配合使得当所述连接部处于第一槽段时所述扩张部处于扩张状态，当所述连接部处于第二槽段时所述扩张部处于回缩状态。
3.根据权利要求1所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述锚头包括可相对移动的外端部和内端部，内端部和外端部的外壁设有互相配合的凹槽，所述扩张部包括铰接的第一连接片和第二连接片，所述第一连接片与外端部的凹槽铰接，所述第二连接片与内端部的凹槽铰接，所述锚头设有限位部用以限制外端部和内端部相向移动的相对位置，以这样的方式使得当所述外端部和内端部相向移动至与限位部接触时，所述扩张部处于扩张状态，当所述外端部或内端部远离移动使得所述第一连接片和第二连接片成一条直线时，所述第一连接片和第二连接片处在凹槽中使得所述扩张部处于回缩状态。
4.根据权利要求3所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述第一连接片的长度大于第二连接片的长度，以这样的方式使得当所述限位部使得当所述外端部或内端部相向移动至与限位部接触时，所述第二连接片垂直于锚头轴线。
5.根据权利要求1所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述锚头包括可相对移动的外端部和内端部，所述外端部内部设有滑槽，所述滑槽的内壁上设有安置槽和穿过外端部外壁的通孔，所述扩张部包括穿过通孔的柱体和设在柱体上的底座，底座与安置槽之间设有弹簧，所述内端部可沿滑槽移动并压迫所述底座使得所述扩张部的柱体凸出于外端部的外壁表面。
6.根据权利要求5所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述通孔外侧套接截面成U形的壳体，所述内端部的内部设有可相对内端部移动的顶杆，所述顶杆用于将所述壳体顶离通孔的位置。
7.根据权利要求1到6任意一项所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述扩张部适用于与测孔的台阶面配合。
8.根据权利要求1到6任意一项所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述基座包括主体和与设在主体外侧的金属环，金属环与主体通过可调长度的连接柱连接，所述金属环包括调节口。
9.根据权利要求8所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述连接柱包括螺套和与螺套配合的螺栓，所述螺套或螺栓上设有用于调节连接柱长度的手柄。
10.根据权利要求8所述的一种引水隧洞的可更换位移测量装置，其特征在于：所述金属环外壁上设有多个凸起。
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