CN114646293B - 一种应用于地面沉降监测的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于地面沉降监测的设备，其包括：嵌入固定于地层内部并随地层运动而被拉伸扩缩的随降监测筒件，所述随降监测筒件上下部外侧分别固定套有螺旋导向相逆的螺旋固定叶，且所述随降监测筒件内部构件呈上下对称设置；衔接筒壳，被配置为多组，其内部设有上下对称并可沿其筒壁滑动的衔接组件，所述衔接组件用于将相邻之间的随降监测筒件的衔接连接，且所述衔接筒壳上下端部分别横截设置有外套于衔接组件端部的倾斜监测组件，并对衔接组件进行倾角定位监测。
Description
技术领域
本发明涉及地面沉降监测技术领域，具体为一种应用于地面沉降监测的设备。
背景技术
地面沉降又称为地面下沉或地陷。为提高人类活动的安全性，从而需要对地面沉降进行监测。而现有的地面沉降监测装置，其安装较为复杂，且采用安装后进行注浆固定方式，因此为保证监测数据所需铺设导线的安全性，进而使得其所监测地面沉降的幅度受限，不易监测较大沉降量的地质，且监测数据单一，因地面沉降过程中，伴随着岩层的挤压，因此，现有的地面沉降监测装置的监测数据较为单一，与实际沉降量的监测数据误差较大。
因此，本领域技术人员提供了一种应用于地面沉降监测的设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于地面沉降监测的设备，其包括：
嵌入固定于地层内部并随地层运动而被拉伸扩缩的随降监测筒件，所述随降监测筒件上下部外侧分别固定套有螺旋导向相逆的螺旋固定叶，且所述随降监测筒件内部构件呈上下对称设置；
衔接筒壳，被配置为多组，其内部设有上下对称并可沿其筒壁滑动的衔接组件，所述衔接组件用于将相邻之间的随降监测筒件的衔接连接，且所述衔接筒壳上下端部分别横截设置有外套于衔接组件端部的倾斜监测组件，并对衔接组件进行倾角定位监测。
作为本发明的一种优选技术方案，所述随降监测筒件包括：
外固定筒，其筒壁内部开设有环形状的导向滑腔，沿所述导向滑腔腔壁的内外层壁均开设有轴向指向并呈圆周排列多组的条形限位卡槽；
内滑筒，嵌入上下所述导向滑腔内滑动连接，其上下端部均固定有与所述条形限位卡槽配合卡接滑动的限位卡块；
衔接轴杆，嵌入所述外固定筒轴部并固定，其上端轴心面固定有扭转球杆，且所述衔接轴杆轴体上设有用于每段随降监测筒件和倾斜监测组件数据采集的数据采集模块、距离监测模块；
稳固弹簧一，将上下方所述衔接轴杆面向端部进行衔接。
作为本发明的一种优选技术方案，位于所述导向滑腔底端处的滑腔内外壁上分别固定有同心设置并与内环筒外筒壁紧密触碰贴合的密封塞环。
作为本发明的一种优选技术方案，位于外固定筒底端头处的外壳壁倾斜面与纵向面的夹角设为20°。
作为本发明的一种优选技术方案，所述衔接组件包括：
滑块，其内部分别开设有位于轴部的并装有润滑油的半球形槽、靠外部并轴向指向的导线腔道，且其上端外环面铺设有刻度读取模块；
稳固弹簧二，呈圆周排列设置，用于将所述滑块上端面与衔接筒壳内部固定的横截环进行衔接；
刻度带环，铺设于所述衔接筒壳内筒壁上；
双层卡球壳罩，其球形壳壁上分别开设有用于卡嵌滚珠自由滚动的卡环槽，所述扭转球杆中球体端嵌入双层卡球壳罩内部与滚珠滚动连接；
密封弹性罩二，将双层卡球壳罩上端与扭转球杆中杆体外部衔接密封为密闭油腔室。
作为本发明的一种优选技术方案，所述扭转球杆中球体带动滑块位移致使稳固弹簧二伸缩量最大时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量所夹角度为30°，所述扭转球杆中球体带动滑块位移致使稳固弹簧二伸缩量最小时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量的所夹角度为40°。
作为本发明的一种优选技术方案，所述倾斜监测组件包括：
环形壳座，固定于所述衔接筒壳上，其内部环壁上安装有呈圆周排列并轴向双层设置的坐标定位单元，并反馈至外部处理模块中进行三维坐标框架的定位制备；
自由扩缩杆，被配置为多组，均径向指向并与所述坐标定位单元一一对应设置安装，其顶部安装有触碰传感球，且其外部套有压缩弹簧，并将触碰传感球与定位坐标单元进行衔接；
触碰定位带，铺设于所述扭转球杆杆体外部，用于触碰传感球的触碰定位的数据监测；
密封弹性罩一，用于环形壳座与外固定筒端部之间的密封衔接。
作为本发明的一种优选技术方案，串联设置的多组随降监测筒件及倾斜监测组件中的所述数据采集模块和距离监测模块均通过导线进行连接，并向外部处理模块进行数据传输。
作为本发明的一种优选技术方案，位于所述导向滑腔处及稳固弹簧一处的导线均通过弹性螺旋钢丝进行螺旋支承束缚。
与现有技术相比，本发明提供了一种应用于地面沉降监测的设备，具备以下有益效果：
1、本发明中通过被迫蠕动扩缩的结构方式与岩层实时贴合，进而精准监测出岩层运动过程，并进行计算模拟，其中，通过相逆设置的螺旋固定叶，进一步提高其与岩层固定粘密度，同时，通过其相反的自旋结构设置，进而大幅度降低其与岩层打滑的概率，进而使得岩层运动作用产生的作用力全部转化至外固定筒中，从而大幅降低所监测的沉降量的损耗量，进而使得监测数据更加精确。
2、本发明中还通过倾斜监测组件及衔接组件的配合结构，进而对岩层不规则运动的位移形态的进行全面监测和三维模拟，从而使得岩层实际运动及产生的横、纵、倾斜位移分量的数据的监测更加准确。
附图说明
图1为本发明的沉降监测设备结构示意图；
图2为本发明的沉降监测内部结构放大示意图；
图3为本发明的随降监测筒件结构放大示意图；
图4为本发明的衔接组件局部结构放大示意图；
图5为本发明的倾斜监测组件局部结构放大示意图；
图6为本发明的衔接组件结构实施示意图；
图中：1、随降监测筒件；2、螺旋固定叶；3、衔接筒壳；4、倾斜监测组件；5、衔接组件；11、外固定筒；12、内滑筒；13、衔接轴杆；14、密封塞环；15、导向滑腔；16、限位卡块；17、数据采集模块；18、距离监测模块；19、稳固弹簧一；41、环形壳座；42、坐标定位单元；43、自由扩缩杆；44、触碰传感球；45、压缩弹簧；46、触碰定位带；47、密封弹性罩一；51、滑块；52、刻度读取模块；53、稳固弹簧二；54、润滑油；55、导线腔道；56、刻度带环；57、密封弹性罩二；58、双层卡球壳罩；59、滚珠。
具体实施方式
参照图1-6，本发明提供一种技术方案：一种应用于地面沉降监测的设备，其包括：
嵌入固定于地层内部并随地层运动而被拉伸扩缩的随降监测筒件1，所述随降监测筒件1上下部外侧分别固定套有螺旋导向相逆的螺旋固定叶2，其螺旋形态，便于嵌入底层内部钻进，其相逆设置，便于与地层进行卡固，不易与地层接触面打滑，避免打滑所造成随降监测筒件实际扩缩量小于地层运动位移量，且所述随降监测筒件1内部构件呈上下对称设置；
衔接筒壳3，被配置为多组，其内部设有上下对称并可沿其筒壁滑动的衔接组件5，所述衔接组件5用于将相邻之间的随降监测筒件1的衔接连接，并形成长条形可折弯链式结构，从而能够对地层内部不同层岩结构进行更加精细的岩层运动的监测，且可随岩层不规则运动位移的趋向进行随行形变，且所述衔接筒壳3上下端部分别横截设置有外套于衔接组件5端部的倾斜监测组件4，并对衔接组件5进行倾角定位监测。
本实施例中，所述随降监测筒件1包括：
外固定筒11，其筒壁内部开设有环形状的导向滑腔15，沿所述导向滑腔15腔壁的内外层壁均开设有轴向指向并呈圆周排列多组的条形限位卡槽；
内滑筒12，嵌入上下所述导向滑腔15内滑动连接，其上下端部均固定有与所述条形限位卡槽配合卡接滑动的限位卡块16，通过限位卡块与限位卡槽的作用，限制内环筒与外固定筒产生自转；
衔接轴杆13，嵌入所述外固定筒11轴部并固定，其上端轴心面固定有扭转球杆，且所述衔接轴杆13轴体上设有用于每段随降监测筒件和倾斜监测组件数据采集的数据采集模块17、距离监测模块18；
稳固弹簧一19，将上下方所述衔接轴杆13面向端部进行衔接；
而需要注意的是，随降监测筒件的初设安装形态如图2，使得外固定筒与内滑筒能够进行延伸和扩缩两种状况，从而能够对跨多地层岩层或同一岩层所发生的岩层内部的运动位移不均匀，进行精确测量，尤其，针对于其运动过程所导致岩层局部沉降、局部挤压上升，或沉降的同时并伴随着上升等状况，均能够对每层岩层进行独立变化的精准监测，并再进行整体数据的收集处理，从而使得监测所得数据能够清晰的反馈出地层内部岩层局部、整体的形变变化；
其中距离监测模块用于监测扩缩量的变化量设为a，即，形变后与初始间隔间距值的差量的绝对值。
本实施例中，位于所述导向滑腔15底端处的滑腔内外壁上分别固定有同心设置并与内环筒12外筒壁紧密触碰贴合的密封塞环14，对内环筒、外固定筒扩缩交替运动时，清洁位于导向滑腔内部的内滑筒外壁，以及提供内滑筒与外固定筒一定的初始摩擦力，便于安装固定于地层内部。
本实施例中，位于外固定筒11底端头处的外壳壁倾斜面与纵向面的夹角设为20°，便于对内环筒、外固定筒扩缩交替运动时，对直接与地层接触的内环筒外壁进行铲除黏着物。
本实施例中，所述衔接组件5包括：
滑块51，其内部分别开设有位于轴部的并装有润滑油54的半球形槽、靠外部并轴向指向的导线腔道55，且其上端外环面铺设有刻度读取模块52；
稳固弹簧二53，呈圆周排列设置，用于将所述滑块51上端面与衔接筒壳3内部固定的横截环进行衔接；
刻度带环56，铺设于所述衔接筒壳3内筒壁上，并由可读取模块进行读数，其刻度读取模块读取方式，如图6所示，h为初始稳固弹簧二的初始长度值，并用于刻度读取模块分别读取稳固弹簧二压缩时的h1、伸长时的h2，分别独立与h进行减法计算，其中，当稳固弹簧二压缩时，则由h-h1得出Δh1，而Δh1为与随降监测筒件伸出衔接筒壳增加的长度的伸长量，当稳固弹簧伸长时，则由h2-h得出Δh2，而Δh2为与随降监测筒件缩进衔接筒壳缩减长度的缩减量，需要注意的是，每一组随降监测筒件的两端的Δh1、Δh2为一组独立的处理数据，并参与此处的随降监测筒件a数据后续三种处理情况，即总体相对变化量，第一种为：a+Δh1+Δh1，第二种为，a+Δh1-Δh2，第三种为，a-Δh2-Δh2，其中，所采取的计算方式的判定，则由稳固弹簧二的监测数据自行导入上述计算公式中，从而监测处每一独立段局部岩层运动位移变化量，并最终对整体数据再次进行整体记录；
双层卡球壳罩58，其球形壳壁上分别开设有用于卡嵌滚珠59自由滚动的卡环槽，所述扭转球杆中球体端嵌入双层卡球壳罩58内部与滚珠59滚动连接；
密封弹性罩二57，将双层卡球壳罩58上端与扭转球杆中杆体外部衔接密封为密闭油腔室；
还需要注意的是，此结构主要对岩层运动变化时，进行缓冲，保护形成的长链式监测结构的抗拉伸及压缩强度，且还能避免用于监测数据的导线受到损坏，并对未进行复位的滑块进行位移监测，提高监测数据的精确性，同时便于随降监测筒件的倾斜，进一步提高监测岩层的运动状况。
本实施例中，所述扭转球杆中球体带动滑块51位移致使稳固弹簧二53伸缩量最大时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量所夹角度为30°，所述扭转球杆中球体带动滑块51位移致使稳固弹簧二53伸缩量最小时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量的所夹角度为40°；
此中，通过对其最大倾摆进行限制，进而降低形成的串链式结构的灵活强度，从而增强其随岩层运动时所受的抗拉伸及压缩强度。
本实施例中，所述倾斜监测组件4包括：
环形壳座41，固定于所述衔接筒壳3上，其内部环壁上安装有呈圆周排列并轴向双层设置的坐标定位单元42，并反馈至外部处理模块中进行三维坐标框架的定位制备，对此处扭转球杆进行的倾摆进行三维模拟；
自由扩缩杆43，被配置为多组，均径向指向并与所述坐标定位单元42一一对应设置安装，其顶部安装有触碰传感球44，且其外部套有压缩弹簧45，并将触碰传感球44与定位坐标单元42进行衔接；
触碰定位带46，铺设于所述扭转球杆杆体外部，用于触碰传感球44的触碰定位的数据监测；
密封弹性罩一47，用于环形壳座41与外固定筒11端部之间的密封衔接；
作为较佳的实施例，在外固定筒被迫运动时，其同轴同步运动的扭转球杆产生倾斜，并压迫自由扩缩杆，通过压缩弹簧的作用，促使触碰传感球与触碰定位带的相互感知，进而反馈至处理模块中，模拟出扭转球杆的倾斜状态，而压缩量最小与最大的自由扩缩杆，即处于同一纵向面并过轴心的四组自由扩缩杆的触碰传感球的触碰点，形成平行四边形结构，从而其倾斜边与纵向面的夹角为扭转球杆的倾斜角，设为θ，因此，若随降监测筒件产生了θ，则上述监测长度的变化量，代入以下公式，纵向位移分量：长度变化量乘以cosθ，横向位移分量：长度变化量乘以sinθ，进而全面提高了对地面沉降监测的精确度。
本实施例中，串联设置的多组随降监测筒件及倾斜监测组件中的所述数据采集模块和距离监测模块均通过导线进行连接，并向外部处理模块进行数据传输。
本实施例中，位于所述导向滑腔15处及稳固弹簧一处的导线均通过弹性螺旋钢丝进行螺旋支承束缚。
在具体实施时，其包括以下步骤：
S1：对待监测地面区域进行打孔，其中，打孔直径需与衔接筒壳相对一致，并根据地质结构，可进行倾斜打孔方式进行打孔，但需记录初始打孔倾斜角，将内滑筒的上下端的位置调至外固定筒中的导向滑腔的中部；
S2：采用辅助转动装置，将随降监测筒件旋入于井孔中，并同步串连所需随降监测筒件、衔接筒壳，直至安装完成；
S3：接通导线，并连接于处理模块中进行实时监测，以数据及图形的格式进行输出，对岩层运动的沉降量进行全面监测。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：其包括：
嵌入固定于地层内部并随地层运动而被拉伸扩缩的随降监测筒件(1)，所述随降监测筒件(1)上下部外侧分别固定套有螺旋导向相逆的螺旋固定叶(2)，且所述随降监测筒件(1)内部构件呈上下对称设置；
衔接筒壳(3)，被配置为多组，其内部设有上下对称并可沿其筒壁滑动的衔接组件(5)，所述衔接组件(5)用于将相邻之间的随降监测筒件(1)的衔接连接，且所述衔接筒壳(3)上下端部分别横截设置有外套于衔接组件(5)端部的倾斜监测组件(4)，并对衔接组件(5)进行倾角定位监测；
所述随降监测筒件(1)包括：
外固定筒(11)，其筒壁内部开设有环形状的导向滑腔(15)，沿所述导向滑腔(15)腔壁的内外层壁均开设有轴向指向并呈圆周排列多组的条形限位卡槽；
内滑筒(12)，嵌入上下所述导向滑腔(15)内滑动连接，其上下端部均固定有与所述条形限位卡槽配合卡接滑动的限位卡块(16)；
衔接轴杆(13)，嵌入所述外固定筒(11)轴部并固定，其上端轴心面固定有扭转球杆，且所述衔接轴杆(13)轴体上设有用于每段随降监测筒件和倾斜监测组件数据采集的数据采集模块(17)、距离监测模块(18)；
稳固弹簧一(19)，将上下方所述衔接轴杆(13)面向端部进行衔接；
所述倾斜监测组件(4)包括：
环形壳座(41)，固定于所述衔接筒壳(3)上，其内部环壁上安装有呈圆周排列并轴向双层设置的坐标定位单元(42)，并反馈至外部处理模块中进行三维坐标框架的定位制备；
自由扩缩杆(43)，被配置为多组，均径向指向并与所述坐标定位单元(42)一一对应设置安装，其顶部安装有触碰传感球(44)，且其外部套有压缩弹簧(45)，并将触碰传感球(44)与坐标定位单元(42)进行衔接；
触碰定位带(46)，铺设于所述扭转球杆杆体外部，用于触碰传感球(44)的触碰定位的数据监测；
密封弹性罩一(47)，用于环形壳座(41)与外固定筒(11)端部之间的密封衔接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：位于所述导向滑腔(15)底端处的滑腔内外壁上分别固定有同心设置并与内滑筒(12)外筒壁紧密触碰贴合的密封塞环(14)。
3.根据权利要求1所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：位于外固定筒(11)底端头处的外壳壁倾斜面与纵向面的夹角设为20°。
4.根据权利要求1所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：所述衔接组件(5)包括：
滑块(51)，其内部分别开设有位于轴部的并装有润滑油(54)的半球形槽、靠外部并轴向指向的导线腔道(55)，且其上端外环面铺设有刻度读取模块(52)；
稳固弹簧二(53)，呈圆周排列设置，用于将所述滑块(51)上端面与衔接筒壳(3)内部固定的横截环进行衔接；
刻度带环(56)，铺设于所述衔接筒壳(3)内筒壁上；
双层卡球壳罩(58)，其球形壳壁上分别开设有用于卡嵌滚珠(59)自由滚动的卡环槽，所述扭转球杆中球体端嵌入双层卡球壳罩(58)内部与滚珠(59)滚动连接；
密封弹性罩二(57)，将双层卡球壳罩(58)上端与扭转球杆中杆体外部衔接密封为密闭油腔室。
5.根据权利要求4所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：所述扭转球杆中球体带动滑块(51)位移致使稳固弹簧二(53)伸缩量最大时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量所夹角度为30°，所述扭转球杆中球体带动滑块(51)位移致使稳固弹簧二(53)伸缩量最小时，其一侧的扭转球杆的外倾斜限制的最大倾斜量的所夹角度为40°。
6.根据权利要求1所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：串联设置的多组随降监测筒件及倾斜监测组件中的数据采集模块和距离监测模块均通过导线进行连接，并向外部处理模块进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的一种应用于地面沉降监测的设备，其特征在于：位于所述导向滑腔(15)处及稳固弹簧一处的导线均通过弹性螺旋钢丝进行螺旋支承束缚。
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