CN116399293B - 一种运营隧道沉降变形监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道监测技术领域，具体为一种运营隧道沉降变形监测系统及方法，包括拱形滑轨，对称的L型滑块滑动设置在拱形滑轨的上方横梁上，且对称的L型滑块顶端面设置有支撑盒，且支撑盒内部滑动插接有支撑条，对称的支撑条下表面连接有滑动板，且对称的支撑条上端面之间转动设置有接触滚轮，且滑动板的下表面安装有顶针柱，顶针柱滑动伸出到支撑盒的下表面，拱形滑轨的上方横梁上表面设置有接触压板，接触压板的上表面与顶针柱下端面接触，且接触压板的下表面与安装槽之间设置有压力传感器；本发明监测人员根据压力传感器传输的数据来判断某一个或局部围岩进行沉降变形监测，进而便于施工人员能够及时对隧道拱顶面沉降的位置进行修补处理。
Description
技术领域
本发明涉及隧道监测技术领域，具体为一种运营隧道沉降变形监测系统及方法。
背景技术
随着国家软弱土地区地铁隧道等基础设施大量投入运营，这些工程作为国家城市生命线工程，在地铁隧道运营期容易逐步产生差异沉降等病害，土体下沉影响隧道的运营安全和地面建筑物的安全，会造成巨大的经济损失和社会影响。
而现有的对运营隧道沉降所进行监测的装置大多是在隧道的拱顶面上设置多个光纤光栅高差计，然后通过激光测距仪进行沉降值的计算和监测，而该监测装置则是以固定的方式设置在拱顶面上，而拱顶面上的围岩或顶板大多是多块相互贴合铺设的，因此该多个光纤光栅高差计的设置必须要在围岩上进行钻孔固定，进而会影响到围岩的安全使用，同时也不能够实现对拱顶面上的围岩或顶板进行动态式的沉降监测，从而便于对单个或局部位置的围岩或顶板沉降变形监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运营隧道沉降变形监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种运营隧道沉降变形监测系统，包括拱形滑轨，所述拱形滑轨设置在运营隧道的内壁顶部拱面上，所述拱形滑轨上设置有接触式的移动监测机构，所述移动监测机构用于对运营隧道的内壁顶部拱面的围岩进行移动式的沉降变形监测。
优选的，所述移动监测机构包括L型滑块、支撑盒、支撑条、滑动板、接触滚轮、转动轴、顶针柱和接触压板，所述拱形滑轨设置为工字钢结构，对称的所述L型滑块滑动设置在拱形滑轨的上方横梁上，且对称的L型滑块顶端面设置有支撑盒，所述支撑盒位于拱形滑轨的上表面，且支撑盒内部对称滑动插接有支撑条，且对称的支撑条伸出支撑盒上表面，对称的所述支撑条下表面连接有滑动板，且滑动板滑动设置在支撑盒内，对称的所述支撑条之间设置有转动轴，且转动轴上转动套接有接触滚轮，所述接触滚轮位于支撑盒的外侧上方，且接触滚轮与运营隧道的顶部拱面的围岩滚动接触，所述滑动板与支撑盒的内部底端面设置有弹簧，且滑动板的下表面安装有顶针柱，所述顶针柱滑动伸出到支撑盒的下表面，所述拱形滑轨的上方横梁上表面沿其弧形长度方向开设有安装槽，且安装槽设置有接触压板，所述接触压板的上表面与顶针柱下端面接触，且接触压板的下表面与安装槽之间设置有压力传感器，所述拱形滑轨上设置有驱动机构，驱动机构用于驱动移动监测机构在拱形滑轨上弧形滑动。
优选的，所述接触压板分段设置在安装槽内，且每段接触压板之间均相互独立设置，每段所述接触压板下表面均设置有压力传感器。
优选的，所述顶针柱的下端面滚动设置有接触滚球，且接触滚球与接触压板上表面滚动摩擦接触，所述顶针柱为管状结构，且管状结构的顶针柱内部填充有滑石粉，且滑石粉与接触滚球接触。
优选的，所述驱动机构包括弧形驱动带、转动带轮和连接板，所述弧形驱动带通过转动带轮转动设置在拱形滑轨的下方横梁上表面，且转动带轮通过转动轴转动设置在拱形滑轨的竖板上，所述弧形驱动带上表面通过连接板连接到L型滑块的下表面。
优选的，所述拱形滑轨采用铝合金材料制成，且其拐角处设置有圆弧倒角。
一种运营隧道沉降变形监测方法，该方法适用于上述所述沉降变形监测系统对运营隧道的沉降变形监测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过在拱形滑轨上设置移动监测机构，当支撑盒带动接触滚轮移动到隧道拱顶面某一个发生沉降凸出的围岩下表时，此时向下沉降凸出的围岩会对接触滚轮产生挤压力，使得接触滚轮会通过支撑条带动滑动板在支撑盒内向下滑动，此时滑动板会同步带动顶针柱向下滑动挤压拱形滑轨上方横梁上表面设置的接触压板，使得接触压板会在安装槽内向下滑动，而由于接触压板与安装槽之间有压力传感器，因此，当接触压板受到顶针柱的挤压在安装槽内滑动时，此时压力传感器会监测到来自接触压板的压力，进而监测人员根据压力传感器传输的数据来判断某一个或局部围岩进行沉降变形监测，进而便于施工人员能够及时对隧道拱顶面沉降的位置进行修补处理。
2、本发明通过将接触压板分段相互独立设置，且每段接触压板与围岩弧形长度对齐，因此，当接触滚轮移动到发生沉降的围岩下表面时，此时顶针柱也会移动到对应的接触压板的位置，而监测人员可以对每段接触压板进行编号，此时顶针柱会对对应编号的接触压板进行挤压，此时该段压力传感器会进行压力值的监测，进而不会对其他段的接触压板产生影响，也不会造成其他段的压力传感器产生数值变化，进而能够提高移动监测机构对单个或局部位置的围岩进行沉降变形监测。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明移动监测机构的结构示意图；
图3为本发明支撑盒的剖视图；
图4为本发明拱形滑轨的结构示意图。
图中：1、拱形滑轨；2、移动监测机构；21、L型滑块；22、支撑盒；23、支撑条；24、滑动板；25、接触滚轮；26、转动轴；27、顶针柱；28、接触压板；3、安装槽；4、接触滚球；5、驱动机构；51、弧形驱动带；52、转动带轮；53、连接板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1至图4所示，本发明提供一种运营隧道沉降变形监测系统技术方案：包括拱形滑轨1，所述拱形滑轨1设置在运营隧道的内壁顶部拱面上，所述拱形滑轨1上设置有接触式的移动监测机构2，所述移动监测机构2用于对运营隧道的内壁顶部拱面的围岩进行移动式的沉降变形监测；工作时，当需要对运营的隧道进行沉降变形时，尤其是对隧道的顶板或围岩所产生的下沉进行监测，而现有的对运营隧道沉降所进行监测的装置大多是在隧道的拱顶面上设置多个光纤光栅高差计，然后通过激光测距仪进行沉降值的计算和监测，而该监测装置则是以固定的方式设置在拱顶面上，而拱顶面上的围岩或顶板大多是多块相互贴合铺设的，因此该多个光纤光栅高差计的设置必须要在围岩上进行钻孔固定，进而会影响到围岩的安全使用，同时也不能够实现对拱顶面上的围岩或顶板进行动态式的沉降监测，从而便于对单个或局部位置的围岩或顶板沉降变形监测；因此，本发明通过在运营隧道的拱顶面上设置拱形滑轨1，且在拱形滑轨1上设置移动监测机构2，因此，当需要对运营隧道的拱顶面的围岩或顶板进行沉降监测时，此时监测人员可以通过控制系统控制移动监测机构2在拱形滑轨1上滑动，使得移动监测机构2能够移动式的接触到每一个相互独立接触的围岩下表面，而当某一个或局部位置的围岩因隧道拱顶土质产生变化而产生沉降时，此时移动监测机构2会同步移动到该沉降的围岩处，且该移动监测机构2又能够监测到该围岩沉降变形的数值，进而便于施工人员能够及时对隧道拱顶面沉降的位置进行修补处理。
做为本发明的一种实施方式，所述移动监测机构2包括L型滑块21、支撑盒22、支撑条23、滑动板24、接触滚轮25、转动轴26、顶针柱27和接触压板28，所述拱形滑轨1设置为工字钢结构，对称的所述L型滑块21滑动设置在拱形滑轨1的上方横梁上，且对称的L型滑块21顶端面设置有支撑盒22，所述支撑盒22位于拱形滑轨1的上表面，且支撑盒22内部对称滑动插接有支撑条23，且对称的支撑条23伸出支撑盒22上表面，对称的所述支撑条23下表面连接有滑动板24，且滑动板24滑动设置在支撑盒22内，对称的所述支撑条23之间设置有转动轴26，且转动轴26上转动套接有接触滚轮25，所述接触滚轮25位于支撑盒22的外侧上方，且接触滚轮25与运营隧道的顶部拱面的围岩滚动接触，所述滑动板24与支撑盒22的内部底端面设置有弹簧，且滑动板24的下表面安装有顶针柱27，所述顶针柱27滑动伸出到支撑盒22的下表面，所述拱形滑轨1的上方横梁上表面沿其弧形长度方向开设有安装槽3，且安装槽3设置有接触压板28，所述接触压板28的上表面与顶针柱27下端面接触，且接触压板28的下表面与安装槽3之间设置有压力传感器，所述拱形滑轨1上设置有驱动机构5，驱动机构5用于驱动移动监测机构2在拱形滑轨1上弧形滑动；工作时，当需要移动监测机构2对隧道的拱顶面铺设的围岩进行沉降变形监测时，此时通过驱动机构5驱动L型滑块21在拱形隧道的上方横梁上移动，此时对称的L型滑块21会通过支撑盒22带动接触滚轮25在围岩的下表面滚动，而当支撑盒22带动接触滚轮25移动到隧道拱顶面某一个发生沉降凸出的围岩下表时，此时向下沉降凸出的围岩会对接触滚轮25产生挤压力，使得接触滚轮25会通过支撑条23带动滑动板24在支撑盒22内向下滑动，此时滑动板24会同步带动顶针柱27向下滑动挤压拱形滑轨1上方横梁上表面设置的接触压板28，使得接触压板28会在安装槽3内向下滑动，而由于接触压板28与安装槽3之间有压力传感器，因此，当接触压板28受到顶针柱27的挤压在安装槽3内滑动时，此时压力传感器会监测到来自接触压板28的压力，进而压力传感器会将监测的数据传输到监测人员的控制系统中，然后根据控制系统的计算，例如，当压力传感器监测的压力值较大时，则说明该处的围岩出现沉降变形凸出较为严重，也就是该围岩可能存在与运营隧道的拱顶面发生脱落的危险，当压力传感器监测到压力值较小时，则说明该处的围岩只是出现轻微的沉降变形凸出，该围岩并没有与运营隧道的拱顶面产生脱离，而当接触滚轮25在支撑盒22的带动下移动到一个围岩下表面时，此时，滑动板24下方的弹簧会推动滑动板24在支撑盒22内向上移动，使得顶针柱27脱离对接触压板28的挤压，而此时接触滚轮25继续与处于正常状态的围岩下表面接触，进而驱动机构5的驱动下，接触滚轮25继续沿着运营隧道的拱顶面移动对围岩进行沉降变形监测；而移动监测机构2是在拱形滑轨1上移动，且拱形滑轨1则是通过将两端固定在运营隧道的两侧竖壁上，进而不会造成运行隧道的拱顶面的围岩产生破坏。
做为本发明的一种实施方式，所述接触压板28分段设置在安装槽3内，且每段接触压板28之间均相互独立设置，每段所述接触压板28下表面均设置有压力传感器；工作时，将接触压板28分段相互独立设置，且每段接触压板28与围岩弧形长度对齐，因此，当接触滚轮25移动到发生沉降的围岩下表面时，此时顶针柱27也会移动到对应的接触压板28的位置，而监测人员可以对每段接触压板28进行编号，此时顶针柱27会对对应编号的接触压板28进行挤压，此时该段压力传感器会进行压力值的监测，进而不会对其他段的接触压板28产生影响，也不会造成其他段的压力传感器产生数值变化，进而能够提高移动监测机构2对单个或局部位置的围岩进行沉降变形监测；而当处于两个围岩的连接处产生沉降凸出时，此时相邻两个接触压板28也会在顶针柱27的挤压力下产生下滑，也能够对拐角翘沉降凸出的围岩进行沉降变形监测。
做为本发明的一种实施方式，所述顶针柱27的下端面滚动设置有接触滚球4，且接触滚球4与接触压板28上表面滚动摩擦接触，所述顶针柱27为管状结构，且管状结构的顶针柱27内部填充有滑石粉，且滑石粉与接触滚球4接触；工作时，当顶针柱27在接触压板28上表面滑动时，此时顶针柱27下表面的接触滚球4会对接触压板28起到滚动摩擦的作用，防止顶针柱27往复在接触压板28上表面移动时，导致顶针柱27底端产生磨损的现象出现；而在管桩的顶针柱27内部填充滑石粉，使其能够对接触滚球4起到润滑的作用，使得接触滚球4能够始终在顶针柱27的底端进行滚动，防止接触滚球4在顶针柱27底端产生卡死。
做为本发明的一种实施方式，所述驱动机构5包括弧形驱动带51、转动带轮52和连接板53，所述弧形驱动带51通过转动带轮52转动设置在拱形滑轨1的下方横梁上表面，且转动带轮52通过转动轴26转动设置在拱形滑轨1的竖板上，所述弧形驱动带51上表面通过连接板53连接到L型滑块21的下表面；工作时，当需要L型滑块21在拱形滑轨1的上方横梁上滑动时，此时监测人员会控制拱形滑轨1侧面的电机工作，使得该电机的输出轴带动转动带轮52转动，而转动带轮52会带动弧形驱动带51在拱形滑轨1竖梁两侧转动，因此，对称的弧形驱动带51会通过对称的连接板53带动对称的L型滑块21在拱形滑轨1上移动，进而便于实现移动监测机构2的移动监测。
做为本发明的一种实施方式，所述拱形滑轨1采用铝合金材料制成，且其拐角处设置有圆弧倒角。
一种运营隧道沉降变形监测方法，该方法适用于上述所述沉降变形监测系统对运营隧道的沉降变形监测。
工作原理：当需要移动监测机构2对隧道的拱顶面铺设的围岩进行沉降变形监测时，此时监测人员会控制拱形滑轨1侧面的电机工作，使得该电机的输出轴带动转动带轮52转动，而转动带轮52会带动弧形驱动带51在拱形滑轨1竖梁两侧转动，因此，对称的弧形驱动带51会通过对称的连接板53带动对称的L型滑块21在拱形滑轨1上移动，此时对称的L型滑块21会通过支撑盒22带动接触滚轮25在围岩的下表面滚动，而当支撑盒22带动接触滚轮25移动到隧道拱顶面某一个发生沉降凸出的围岩下表时，此时向下沉降凸出的围岩会对接触滚轮25产生挤压力，使得接触滚轮25会通过支撑条23带动滑动板24在支撑盒22内向下滑动，此时滑动板24会同步带动顶针柱27向下滑动挤压拱形滑轨1上方横梁上表面设置的接触压板28，使得接触压板28会在安装槽3内向下滑动，而由于接触压板28与安装槽3之间有压力传感器，因此，当接触压板28受到顶针柱27的挤压在安装槽3内滑动时，此时压力传感器会监测到来自接触压板28的压力，进而压力传感器会将监测的数据传输到监测人员的控制系统中，然后根据控制系统的计算，例如，当压力传感器监测的压力值较大时，则说明该处的围岩出现沉降变形凸出较为严重，也就是该围岩可能存在与运营隧道的拱顶面发生脱落的危险，当压力传感器监测到压力值较小时，则说明该处的围岩只是出现轻微的沉降变形凸出，该围岩并没有与运营隧道的拱顶面产生脱离，而当接触滚轮25在支撑盒22的带动下移动到一个围岩下表面时，此时，滑动板24下方的弹簧会推动滑动板24在支撑盒22内向上移动，使得顶针柱27脱离对接触压板28的挤压，而此时接触滚轮25继续与处于正常状态的围岩下表面接触，进而驱动机构5的驱动下，接触滚轮25继续沿着运营隧道的拱顶面移动对围岩进行沉降变形监测。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种运营隧道沉降变形监测系统，包括拱形滑轨（1），其特征在于，所述拱形滑轨（1）设置在运营隧道的内壁顶部拱面上，所述拱形滑轨（1）上设置有接触式的移动监测机构（2），所述移动监测机构（2）用于对运营隧道的内壁顶部拱面的围岩进行移动式的沉降变形监测；
所述移动监测机构（2）包括L型滑块（21）、支撑盒（22）、支撑条（23）、滑动板（24）、接触滚轮（25）、转动轴（26）、顶针柱（27）和接触压板（28），所述拱形滑轨（1）设置为工字钢结构，对称的所述L型滑块（21）滑动设置在拱形滑轨（1）的上方横梁上，且对称的L型滑块（21）顶端面设置有支撑盒（22），所述支撑盒（22）位于拱形滑轨（1）的上表面，且支撑盒（22）内部对称滑动插接有支撑条（23），且对称的支撑条（23）伸出支撑盒（22）上表面，对称的所述支撑条（23）下表面连接有滑动板（24），且滑动板（24）滑动设置在支撑盒（22）内，对称的所述支撑条（23）之间设置有转动轴（26），且转动轴（26）上转动套接有接触滚轮（25），所述接触滚轮（25）位于支撑盒（22）的外侧上方，且接触滚轮（25）与运营隧道的顶部拱面的围岩滚动接触，所述滑动板（24）与支撑盒（22）的内部底端面设置有弹簧，且滑动板（24）的下表面安装有顶针柱（27），所述顶针柱（27）滑动伸出到支撑盒（22）的下表面，所述拱形滑轨（1）的上方横梁上表面沿其弧形长度方向开设有安装槽（3），且安装槽（3）设置有接触压板（28），所述接触压板（28）的上表面与顶针柱（27）下端面接触，且接触压板（28）的下表面与安装槽（3）之间设置有压力传感器，所述拱形滑轨（1）上设置有驱动机构（5），驱动机构（5）用于驱动移动监测机构（2）在拱形滑轨（1）上弧形滑动。
2.根据权利要求1所述的一种运营隧道沉降变形监测系统，其特征在于：所述接触压板（28）分段设置在安装槽（3）内，且每段接触压板（28）之间均相互独立设置，每段所述接触压板（28）下表面均设置有压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种运营隧道沉降变形监测系统，其特征在于：所述顶针柱（27）的下端面滚动设置有接触滚球（4），且接触滚球（4）与接触压板（28）上表面滚动摩擦接触，所述顶针柱（27）为管状结构，且管状结构的顶针柱（27）内部填充有滑石粉，且滑石粉与接触滚球（4）接触。
4.根据权利要求3所述的一种运营隧道沉降变形监测系统，其特征在于：所述驱动机构（5）包括弧形驱动带（51）、转动带轮（52）和连接板（53），所述弧形驱动带（51）通过转动带轮（52）转动设置在拱形滑轨（1）的下方横梁上表面，且转动带轮（52）通过转动轴（26）转动设置在拱形滑轨（1）的竖板上，所述弧形驱动带（51）上表面通过连接板（53）连接到L型滑块（21）的下表面。
5.根据权利要求1所述的一种运营隧道沉降变形监测系统，其特征在于：所述拱形滑轨（1）采用铝合金材料制成，且其拐角处设置有圆弧倒角。
6.一种运营隧道沉降变形监测方法，其特征在于：该方法适用于上述权利要求1至5任意一项所述沉降变形监测系统对运营隧道的沉降变形监测。
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