CN116295247A - 一种隧道拱顶沉降测量设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及隧道工程建设的领域，尤其是涉及一种隧道拱顶沉降测量设备，其包括测量底座，所述测量底座上设置有数据处理模块以及显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接，测量杆，竖直安装在所述测量底座上，测量传感组件，安装在所述测量杆远离所述测量底座的一端，并与所述数据处理模块电连接，所述测量传感组件远离所述测量杆的一端用于与隧道的拱顶抵接，所述测量传感组件用于将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，并将该电信号传输至数据处理模块。本申请具有通过测量传感组件将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，并传递至数据处理模块内进行处理分析，相对于肉眼观察的检测方式提高了检测精确度的效果。

Description

一种隧道拱顶沉降测量设备

技术领域

本申请涉及隧道工程建设的领域，尤其是涉及一种隧道拱顶沉降测量设备。

背景技术

在隧道的开掘过程中，需要对已经开掘的隧道巷道的拱顶进行沉降测量，因为隧道拱顶的沉降的大小，在前期施工人员很难用肉眼观察到，如果没有及时对发生沉降的位置进行及时有效的处理，长时间的沉降很容易造成冒顶的安全隐患。

目前，常使用隧道专用的测量刻度尺测量拱顶沉量，即在一时间段内，经过反复多次对比同一位置的拱顶高度，以计算得出隧道拱顶的沉降程度。采用肉眼读数的方式受到读数人员个人专业程度的影响，导致隧道拱顶的沉降测量精度不高。

因此，发明人认为需要专门的隧道拱顶沉降测量仪器进行检测测量。

发明内容

为了提高隧道拱顶沉降度检测的准确度，本申请提供一种隧道拱顶沉降测量设备。

本申请提供的一种隧道拱顶沉降测量设备采用如下的技术方案：

一种隧道拱顶沉降测量设备，包括测量底座，所述测量底座上设置有数据处理模块以及显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接，

测量杆，竖直安装在所述测量底座上，

测量传感组件，安装在所述测量杆远离所述测量底座的一端，并与所述数据处理模块电连接，所述测量传感组件远离所述测量杆的一端用于与隧道的拱顶抵接，所述测量传感组件用于将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，并将该电信号传输至数据处理模块。

通过采用上述技术方案，设置测量传感组件以及数据处理模块，将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，该电信号可以实时传输至数据处理模块，数据处理模块将该电信号转化为隧道拱顶的沉降量，并且根据不同时间段检测到的隧道拱顶沉降量绘制出沉降曲线，便于检测人员可以直观的观察比对，提高了测量的精确度。

可选的，所述测量传感组件包括安装在所述测量杆上的测量套筒、滑动连接在所述测量套筒内的感应杆、安装在所述测量套筒与所述感应杆之间的感应弹簧以及安装在所述测量套筒与所述感应杆之间的传感件，所述传感件与所述数据处理模块电连接，

所述感应弹簧套设在所述感应杆上，且所述感应弹簧的一端与所述测量套筒的底部固定连接，另一端与所述感应杆的外壁固定连接。

通过采用上述技术方案，感应弹簧为感应杆提供支撑力，当隧道拱顶出现沉降时，感应杆压缩感应弹簧使得感应杆的测量套筒内的位置出现变化，该位置变化被传感件采集形成电信号，并将电信号传输至数据处理模块，进行数据处理，便于提高检测的精确性。

可选的，所述传感件包括安装在所述测量杆上的电阻以及安装在所述测量套筒上的传感指针，所述传感指针远离所述测量套筒的一端抵接在所述电阻上，所述传感指针以及所述电阻均与所述数据处理模块使用电缆连接。

通过采用上述技术方案，当感应杆因为隧道拱顶下沉出现下移时，电流通过的电阻出现变化，进而导致传输至数据处理模块的电信号产生变化。

可选的，所述传感指针的形状为“]”字型，所述传感指针远离所述电阻的一端贯穿所述测量套筒伸入内部，所述测量杆为内部中空结构，所述电缆穿设在所述测量套筒与所述测量杆内部。

通过采用上述技术方案，将电缆设置在测量套筒和测量杆的内部，不仅可以提高本申请测量设备整体的结构整洁性，并且可以降低电缆受潮失灵的概率。

可选的，所述传感件包括安装在所述测量套筒外壁上的位移传感器本体以及安装在所述感应杆外壁上的滑片，所述位移传感器本体与所述数据处理模块电连接。

通过采用上述技术方案，当感应杆因为隧道拱顶沉降出现下移时，滑片与位移传感器之间的距离出现变化，并将该变化转化为电信号实时传输至数据处理模块，便于数据处理模块实时采集隧道拱顶的沉降量。

可选的，所述测量杆为伸缩杆，所述测量杆包括安装在所述测量底座上的第一安装杆、滑动连接在所述第一安装杆内的第二安装杆以及滑动连接在所述第二安装杆内的第三安装杆，相邻两个安装杆之间均使用锁定接头进行状态锁定，所述测量套筒安装在所述第三安装杆远离所述第二安装杆的一端。

通过采用上述技术方案，测量杆为伸缩杆，便于在非检测状态时，将测量杆收缩，节省收纳空间；在需要进行检测时，松开固定住相邻两个安装杆的锁定接头，依次将第三安装杆从第二安装杆内拉出，将第二安装杆从第一安装杆内拉出，之后重新使用锁定接头固定住相邻两个安装杆之间的相对位置。

可选的，所述第一安装杆远离所述测量底座的一端形成有连接部，所述连接部的外壁上加工有外螺纹，所述锁定接头包括与所述连接部螺纹配合的旋转套以及一体成型在所述旋转套远离第一安装杆一端的卡接套，所述卡接套套设在所述第二安装杆上。

通过采用上述技术方案，在锁定接头处于锁定状态时，旋转套与连接部螺纹连接，卡接套的内壁与第一安装杆远离测量底座一端的端面抵紧，以固定住第一安装杆与第二安装杆的相对位置。

可选的，所述卡接套包括套设在所述第二安装杆上的卡环以及连接在所述卡环与所述旋转套之间的坡形抵接环，

所述连接部的端部开设有若干沿纵向延伸的缺口，使得所述连接部包括若干具有形变能力的弧形板，每个所述弧形板的远离测量底座的一端均形成有与所述坡形抵接环内壁抵接的抵接面；

所述第二安装杆的外部套设有橡胶圈，所述橡胶圈位于卡环的下方。

通过采用上述技术方案，在第一安装杆与第二安装杆处于活动状态时，锁定完全位于第二安装杆上，在进行锁定是，使得旋转套逐渐与连接部螺纹配合，之后多个弧形板的抵接面受坡形抵接环的挤压而抱合在橡胶圈上，并且随着旋转套逐渐旋拧，弧形板对第二安装杆的抱合更加紧密，降低了第二安装杆出现滑移进而影响测量精度的概率。

可选的，所述测量传感组件还包括安装在所述感应杆远离测量套筒一端的弧形接触板，所述弧形接触板的形状与隧道拱顶的形状贴合，所述弧形接触板上安装有压力传感器，所述压力传感器与所述数据处理模块电连接。

通过采用上述技术方案，弧形接触板可以增加感应杆与隧道拱顶的接触面积，降低感应杆与隧道拱顶之间的压强；压力传感器可以将弧形接触板与隧道拱顶之间的抵接力实时传输至数据处理模块，并通过感应电子屏进行显示，当抵接力达到预设值时，使用锁定接头固定住第一安装杆与第二安装杆的相对位置。

可选的，所述测量套筒与所述第三安装杆之间以及所述第一安装杆与所述测量底座之间均使用铰接固定组件实现铰接和固定。

通过采用上述技术方案，铰接固定组件可以在检测状态时，保持测量杆、测量套筒与测量底座的垂直状态；在非测量状态时，使得测量杆和测量套筒转动，节省本申请测量设备的收纳空间。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请通过设置与隧道拱顶接触的测量传感组件以及进行数据处理的数据处理模块，便于将隧道拱顶实时的沉降量转化为电信号并传输至数据处理模块进行处理，提高了隧道拱顶沉降量的测量精度；

2.通过电阻与传感指针的设置，当感应杆因隧道拱顶沉降出现下移时，电流经过的电阻会产生变化，导致传输至数据处理模块的电信号也产生变化，数据处理模块可以根据传递过来的电信号处理得出沉降量的变化值以及变化程度；

3.通过弧形接触板和压力传感器的设置，可以通过压力传感器传递至数据处理模块的数值对测量杆的伸出量进行控制，提高了检测的精度。

附图说明

图1是本申请实施例1的整体结构示意图。

图2是为了体现本申请实施例1中内部的结构所做的剖面示意图。

图3是为了体现锁定接头的结构所做的局部剖面示意图。

图4是本申请的逻辑框图.

图5是为例体现实施例2中传感件的结构所做的局部示意图。

附图标记说明：1、测量底座；2、测量杆；21、第一安装杆；22、连接部；221、缺口；222、弧形板；223、抵接面；23、第二安装杆；24、第三安装杆；3、测量传感组件；31、测量套筒；32、感应弹簧；33、感应杆；34、传感件；341、电阻；342、传感指针；343、电缆；344、位移传感器本体；345、滑片；4、数据处理模块；5、显示模块；51、感应电子屏；6、锁定接头；61、旋转套、62、卡接套；621、卡环；622、坡形抵接环；63、橡胶圈；7、压力传感器；8、铰接固定组件；81、固定板、82、固定顶丝；9、弧形接触板；10、刹车万向轮。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道拱顶沉降测量设备。

实施例1

参照图1和图4，隧道拱顶沉降测量设备包括测量底座1、竖直安装在测量底座1上的测量杆2以及安装在测量杆2远离测量底座1一端的测量传感组件3。在测量底座1上设置有数据处理模块4和显示模块5，显示模块5与数据处理模块4连接。测量传感组件3与数据处理模块4电连接，测量传感组件3远离测量杆2的一端用于与隧道拱顶抵接，以将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，并将该电信号传输至数据处理模块4，数据处理模块4将根据接收到电信号产生变化的时间以及电信号变化的趋势进行处理，绘制出隧道拱顶的沉降量变化曲线，并通过显示模块5显示，便于检测人员进行查看。

参照图2，测量传感组件3包括安装在测量杆2上的测量套筒31、滑动连接在测量套筒31内的感应杆33、安装在测量套筒31与感应杆33之间的感应弹簧32以及安装在测量套筒31与感应杆33之间的传感件34。传感件34与数据处理模块4电连接。感应弹簧32套设在感应杆33上，感应弹簧32一端与感应杆33的外壁固定，另一端与测量套筒31的底部固定连接。当隧道拱顶出现沉降时，会导致感应杆33下降进而压缩感应弹簧32，传感件34感应到感应杆33的位移即将该位移变化转化为电信号传输至数据处理模块4。

参照图2，传感件34包括安装在测量杆2上的电阻341以及安装在测量套筒31上的传感指针342，传感指针342远离测量套筒31的一端抵接在电阻341上，传感指针342以及电阻341均与数据处理模块4均使用电缆343连接。使用电缆343连接可以节约电信号传输的成本。当隧道拱顶出现沉降时，使得感应杆33下压，进而导致传感指针342与电阻341的相对位置发生相对变化，电流经过的电阻341也产生变化，因此经过电缆343传输至数据处理模块4的电信号也随之产生变化。该电信号经过数据处理模块4的采集以及处理转化为隧道拱顶的沉降量，并且数据处理模块4可以根据拱顶沉降的时间以及沉降量绘制出沉降曲线，便于进行分析与应对。

参照图1，感应模块为安装在测量底座1上的感应电子屏51，该感应电子屏51便于将数据处理模块4处理产生的数据进行实时的显示，便于检测人员进行观察。

为了便于检测人员将历史数据留存下来以进行后续的对比分析，数据处理模块4使用芯片，可以在实时数据分析的时候将历史数据实时储存，便于后续的整理和对比分析工作。

参照图2，传感指针342的形状为“]”字型，传感指针342远离电阻341的一端贯穿至测量套筒31的内部，并与测量套筒31的侧壁固定连接，以固定住传感指针342的位置。测量杆2为内部中空的结构，电缆343穿设在测量套筒31与测量杆2的内部，不仅可以使得本申请整体的外观结构更加简洁，并且可以降低电缆343暴露在室外空气中出现受潮的概率。

参照图1和图3，测量杆2为伸缩杆，便于在非检测状态时进行收纳，减少占地空间，并且便于本申请的测量设备可以适应不同高度隧道的拱顶沉降测量，适用范围更加广泛。

具体的，测量杆2包括安装在测量底座1上的第一安装杆21、滑动连接在第一安装杆21内的第二安装杆23以及滑动连接在第二安装杆23内的第三安装杆24，相邻两个安装杆之间均使用锁定接头6进行状态锁定。测量套筒31安装在第三安装杆24远离第二安装杆23的一端。安装杆的数量以及各自的长度可以根据实际隧道拱顶的高度进行调整，本申请仅以安装杆的数量设置有三根为例进行说明。

两个锁定接头6以及三个安装杆的结构完全一致，区别仅在于安装位置的不同，本申请仅以固定第一安装杆21与第二安装杆23的锁定接头6为例进行说明。在第一安装杆21远离测量底座1的一端形成有连接部22，在连接部22的外壁上加工有外螺纹。锁定接头6包括与连接部22螺纹配合的旋转套61以及一体成型在旋转套61远离第一安装杆21一端的卡接套62，卡接套62套设在第二安装杆23上。在锁定时，旋拧旋转套61使之与第一安装杆21上的连接部22螺纹连接。

为了降低第二安装杆23与卡接套62发生相对滑动的概率，卡接套62包括套设在第二安装杆23上的卡环621以及连接在卡环621和旋转套61之间的坡形抵接。在第二安装杆23上套设有橡胶圈63，橡胶圈63位于卡环621的下方。在连接部22远离测量底座1的一端开设有若干沿纵向延伸的缺口221，若干缺口221环绕第一安装杆21的轴线间隔设置，并且若干缺口221使得连接部22形成有若干具有形变能力的弧形板222，每个弧顶板远离测量底座1的一端均形成有用于与抵接环的内壁抵接的抵接面223。在将第二安装杆23从第一安装杆21内部拉出时，反方向旋拧旋转套61，使得旋转套61与连接部22分开，之后可以拉动第二安装杆23伸出。在进行状态锁定时，带动锁定接头6下移，使得旋转套61逐渐与连接部22螺纹配合，抵接面223受到坡形抵接环622的挤压，使得若干弧形板222同时产生向内收缩的形变，若干弧形板222的内侧与橡胶圈63抵紧，可以较为牢固地固定第一安装杆21与第二安装杆23之间的相对位置，降低第二安装杆23出现滑移，进而影响测量精度的概率。

在非检测状态时，第三安装杆24的大部分收缩在第二安装杆23内部，第二安装杆23的大部分收缩在第一安装杆21的内部，旋紧相邻两个安装杆之间的锁定接头6，以固定相邻两个安装杆之间的相对位置。在使用本申请的测量设备进行检测时， 先将本申请的测量设备移动至隧道拱顶待测点的正下方，之后旋松固定住第二安装杆23与第三安装杆24的锁定接头6，将第三安装杆24全部拉出，之后再重新旋拧锁定接头6，之后再旋松固定住第一安装杆21与第二安装杆23的锁定接头6，拉出第二安装杆23的同时进行观察，当测量杆2的端部抵接在测量点时停止，并重新使用锁定接头6固定住第一安装杆21与第二安装杆23之间的位置。

参照图1和图2，为了增加感应杆33与隧道拱顶的接触面积，减少感应杆33与隧道拱顶之间的压强，测量传感组件3还包括安装在感应杆33远离测量套筒31一端的弧形接触板9，弧形接触板9的形状与隧道拱顶的弧度贴合。同时为了便于更加精确的确定测量杆2的调节高度，在弧形接触板9上安装有压力传感器7，压力传感器7与数据处理模块4电连接。便于通过感应电子屏51观察弧形接触板9与隧道拱顶之间的抵接力，便于对测量杆2长度的调节进行控制。

为了适应本申请的测量设备需要频繁移动工况的情景，在测量底座1的四角处安装有刹车万向轮10。

参照图1和图2，为了进一步降低本申请的测量设备的收纳空间，测量套筒31与第三安装杆24之间以及第一安装杆21与测量底座1之间均使用铰接固定组件8实现铰接和固定。以第一安装杆21与测量底座1之间的铰接固定组件8为例进行说明。铰接固定组件8包括竖直固定在测量底座1上的用于将第一安装杆21夹持的两个固定板81以及分别穿设固定在每个固定板81与第一安装杆21之间的固定顶丝82。在非测量状态时，依次松开四个固定顶丝82，使得第一安装杆21可以绕测量底座1相对转动、使得测量套筒31可以绕第三安装杆24发生相对转动，节省收纳空间。

实施例1的实施原理为：在进行测量前，先拧松固定顶丝82，将测量杆2转动至与测量底座1垂直，将测量套筒31转动至与测量杆2位于同一竖直线上，之后分别旋紧四个固定顶丝82。之后推动测量底座1使得感应杆33位于待测点正下方，调整测量杆2的长度，一边调整一边观察感应电子屏51上显示出的压力传感器7的数据，当压力传感器7的数据达到预设值时，固定住此时第二安装杆23与第一安装杆21的相对位置。当隧道拱顶出现沉降时，传输至数据处理模块4内的电信号出现变化，数据处理模块4可以根据电信号变化的时间以及变化的幅度绘制出拱顶沉降曲线，便于进行应对。

实施例2

实施例2与实施例的结构完全一致，区别仅在于传感件34的不同。参照图5，实施例2的传感件34包括固定在测量套筒31外壁上的位移传感器本体344以及固定安装在感应杆33外壁上的滑片345，位移传感器本体344与处数据处理模块4电连接。当隧道拱顶出现沉降时，感应杆33与滑片345一起下移，使得位移传感器产生位移变化，并将该变化实时传递至数据处理模块4，数据处理模块4将该变化传输至感应电子屏51进行实时显示，并且将每次沉降后的高度进行储存，便于之后进行分析比对。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：包括：

测量底座(1)，所述测量底座(1)上设置有数据处理模块(4)以及显示模块(5)，所述显示模块(5)与所述数据处理模块(4)连接，

测量杆(2)，竖直安装在所述测量底座(1)上，

测量传感组件(3)，安装在所述测量杆(2)远离所述测量底座(1)的一端，并与所述数据处理模块(4)电连接，所述测量传感组件(3)远离所述测量杆(2)的一端用于与隧道的拱顶抵接，所述测量传感组件(3)用于将隧道拱顶的沉降量转化为电信号，并将该电信号传输至数据处理模块(4)。

2.根据权利要求1所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述测量传感组件(3)包括安装在所述测量杆(2)上的测量套筒(31)、滑动连接在所述测量套筒(31)内的感应杆(33)、安装在所述测量套筒(31)与所述感应杆(33)之间的感应弹簧(32)以及安装在所述测量套筒(31)与所述感应杆(33)之间的传感件(34)，所述传感件(34)与所述数据处理模块(4)电连接，

所述感应弹簧(32)套设在所述感应杆(33)上，且所述感应弹簧(32)的一端与所述测量套筒(31)的底部固定连接，另一端与所述感应杆(33)的外壁固定连接。

3.根据权利要求2所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述传感件(34)包括安装在所述测量杆(2)上的电阻(341)以及安装在所述测量套筒(31)上的传感指针(342)，所述传感指针(342)远离所述测量套筒(31)的一端抵接在所述电阻(341)上，所述传感指针(342)以及所述电阻(341)均与所述数据处理模块(4)使用电缆(343)连接。

4.根据权利要求3所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述传感指针(342)的形状为“]”字型，所述传感指针(342)远离所述电阻(341)的一端贯穿所述测量套筒(31)伸入内部，所述测量杆(2)为内部中空结构，所述电缆(343)穿设在所述测量套筒(31)与所述测量杆(2)内部。

5.根据权利要求2所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述传感件(34)包括安装在所述测量套筒(31)外壁上的位移传感器本体(344)以及安装在所述感应杆(33)外壁上的滑片(345)，所述位移传感器本体(344)与所述数据处理模块(4)电连接。

6.根据权利要求1所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述测量杆(2)为伸缩杆，所述测量杆(2)包括安装在所述测量底座(1)上的第一安装杆(21)、滑动连接在所述第一安装杆(21)内的第二安装杆(23)以及滑动连接在所述第二安装杆(23)内的第三安装杆(24)，相邻两个安装杆之间均使用锁定接头(6)进行状态锁定，所述测量传感组件(3)安装在所述第三安装杆(24)远离所述第二安装杆(23)的一端。

7.根据权利要求6所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述第一安装杆(21)远离所述测量底座(1)的一端形成有连接部(22)，所述连接部(22)的外壁上加工有外螺纹，所述锁定接头(6)包括与所述连接部(22)螺纹配合的旋转套(61)以及一体成型在所述旋转套(61)远离第一安装杆(21)一端的卡接套(62)，所述卡接套(62)套设在所述第二安装杆(23)上。

8.根据权利要求7所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述卡接套(62)包括套设在所述第二安装杆(23)上的卡环(621)以及连接在所述卡环(621)与所述旋转套(61)之间的坡形抵接环(622)，

所述连接部(22)的端部开设有若干沿纵向延伸的缺口(221)，使得所述连接部(22)包括若干具有形变能力的弧形板(222)，每个所述弧形板(222)的远离测量底座(1)的一端均形成有与所述坡形抵接环(622)内壁抵接的抵接面(223)；

所述第二安装杆(23)的外部套设有橡胶圈(63)，所述橡胶圈(63)位于卡环(621)的下方。

9.根据权利要求2所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述测量传感组件(3)还包括安装在所述感应杆(33)远离测量套筒(31)一端的弧形接触板(9)，所述弧形接触板(9)的形状与隧道拱顶的形状贴合，所述弧形接触板(9)上安装有压力传感器(7)，所述压力传感器(7)与所述数据处理模块(4)电连接。

10.根据权利要求6所述的隧道拱顶沉降测量设备，其特征在于：所述测量传感组件(3)与所述第三安装杆(24)之间以及所述第一安装杆(21)与所述测量底座(1)之间均使用铰接固定组件(8)实现铰接和固定。

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