CN204085501U - 用于隧道拱顶沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于隧道拱顶沉降监测装置，包括固定安装于隧道内壁顶部的圆钩和侧面上水平对应设置的两个三角钩，两个三角钩和圆钩组成等腰三角形；用来把测量等腰三角形边长的收敛尺挂到圆钩的伸缩杆；伸缩杆包括多节能够自由伸缩的套装在一起的套管，每两节套管之间均设有锁紧装置，每一节套管的顶端外部均设有一导线环，最顶端套管的上端位置安装有与伸缩杆固定为一体的外伸挂杆和四脚撑钩；最顶端套管侧面上还安装有弹性拉伸装置，多节套管的导线环中穿有鱼线，且鱼线上端与弹性拉伸装置中部相连。本实用新型通过伸缩杆，可轻松便捷的将收敛尺挂上拱顶，三边实测，测量结果准确，携带方便。

Description

用于隧道拱顶沉降监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种岩土力学监测装置，涉及一种监测隧道及地下工程等洞壁和结构的相对位移测量装置。

背景技术

目前，随着国民经济的不断发展、针对我国资源部分的不均衡，山岭地区所占比较大，同时为缓减日益膨胀的城市交通压力，隧道建设项目日益增多。如何在施工中有效避免事故的发生，对隧道实时、准确的监控测量必不可少。因此，在这种形式下，为降低隧道拱顶监测的困难程度，提高效率，达到规范所要求的精度，迫切需要一种实用的隧道拱顶沉降监测装置。

监控测量时隧道新奥法(新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程施工的方法和原则。)施工三核心之一，能直观反映隧道围岩变化特征，为预留变形量以及支护参数调整提供依据，为隧道施工安全提供保障。同时依据相关规范，拱顶沉降监测是隧道施工中的必测项目。考虑到现场施工实际情况，提供一种能够根据不同施工工法，对初期支护或者二村拱顶沉降进行监测的装置意义重大。

目前隧道拱顶沉降采用水准仪，收敛尺或全站仪。由于拱顶沉降检测时，拱顶高度均在5m以上，采用全站仪测量时，由于拱顶较高，无法在拱顶处立棱镜，普遍采用贴反光贴或直接采用拱顶喷射混凝土表面定点进行测量，贴反光片法存在反光片成本较高、在拱顶悬挂时容易被损坏，并且在初期支护时，由于隧道前方喷浆、爆破等原因，隧道空气中含有大量粉尘，易覆盖在反光贴上，导致失效。故一般直接采用在拱顶设置挂钩。

采用水准仪+收敛尺仪器测量，目前实际工程中收敛尺的形式主要有四种：一是采用实用型专利“一种测量隧道拱顶下沉的设备”(201120492187)提出的伸缩尺的形式，该形式的收敛尺由于每次测量均需拉伸每节带有刻度的伸缩尺，多次使用后伸缩尺的变形、节与节之间的松紧程度与刻度的连贯精度等均会造成拱顶沉降测量时产生较大的人为或系统误差；二是实用新型专利“一种隧道监控测量中拱顶沉降点测量装置及埋设方法”(201110455081.0)提出的测点挂钩+钢卷尺+铅垂+伸缩杆的形式，该形式的收敛尺由于带测点挂钩和铅垂的钢卷尺在工程测量中不易收回折叠，损坏更换后会产生较大的仪器误差。三是采用钢卷尺+撑杆，钢卷尺端部通过人工加工圆环悬挂在撑杆顶部，钢卷尺与撑杆见自由连接形式、钢卷尺在空中一定程度的摇摆、不能确保竖直、以及更换钢卷尺等均会造成较大的人为误差；四是专利“隧道拱顶沉降测量专用尺”(201310181874.7)，该方法是将钢卷尺和伸缩杆结合的伸缩式测量杆，该方法在实际测量中，要先将伸缩杆和钢卷尺组合在一起，然后在将其挂至拱顶，但由于组合后长度过长，占用水平方向位置过大，因此在隧道中易造成不便，且当钢卷尺固定于伸缩杆两端后，若伸缩杆连接处松动掉落，易对钢卷尺造成损伤。

除此之外，由于工人的不标准作业，易将个人或公共无凭随意挂到水平挂钩，影响测量数值；同时由于监测过程中悬挂子啊拱顶测点的收敛尺也会影响隧道内正常的施工作业。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于隧道拱顶沉降监测装置，其制作简单，测量方便，不影响施工进度，安装、拆卸方便，便于携带，易于推广。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种用于隧道拱顶沉降监测装置，包括：

固定安装于隧道内壁顶部的圆钩和侧面上水平对应设置的两个三角钩，两个三角钩和圆钩组成等腰三角形；

用来把测量等腰三角形边长的收敛尺挂到圆钩的伸缩杆；

所述伸缩杆包括多节能够自由伸缩的套装在一起的套管，每两节套管之间均设有锁紧装置，每一节套管的顶端外部均设有一导线环，最顶端套管的上端位置安装有与伸缩杆固定为一体的外伸挂杆和四脚撑钩；最顶端套管侧面上还安装有弹性拉伸装置，多节套管的导线环中穿有鱼线，且鱼线上端与弹性拉伸装置中部相连。

所述锁紧装置包括分别安装在相邻两节套管的内管上的卡槽、外管上与所述卡槽相对应的锁紧件。

所述套管上沿轴向设有刻度值。

所述伸缩杆上设有一个能够拆卸的杆帽，所述杆帽下半部分为喇叭口状，上半部分为圆柱状，外部侧面上设有能够卡住收敛尺的刻度尺的杆帽卡槽。

所述收敛尺的顶端钩子侧弯处安装有正极磁铁。

所述弹性拉伸装置包括顶端安装负极磁铁的钢筋，钢筋的下端铰接与顶端套管侧面上，钢筋的中部分别与鱼线和安装于顶端套管上的弹簧相连。

一种利用用于隧道拱顶沉降监测装置的监测方法，包括：

1)、标识测点：在隧道新开挖断面形成后在拱顶位置设置圆钩，在隧道侧壁上水平向设置同高程的两个三角钩；

2)、测量长度：首先，使用收敛尺测出水平两三角钩之间的线段长度，再使用伸缩杆将收敛尺挂远端挂上拱顶的圆钩，另一端读数端连接在水平向三角钩上，测出其长度；

3)、测算沉降变量：通过三角形面积计算公式，将每次所测得的三边长度，水平长度采用测量值，斜边长度加以圆钩的半径d，进行计算，便能快速得出高程、位置的变化量，即知道拱顶沉降量；

计算公式：

$\mathrm{\Δ}{S}_n=\sqrt{p_n(p_n-a_n)(p_n-b_n)(p_n-c_n)}---\left(1\right)$

p_n＝1/2(a_n+b_n+c_n)  (2)

ΔS_n＝1/2b_nh_n  (3)

将公式(2)(3)分别代入公式(1)中，得：

$h_n=\frac{\sqrt{(a_n+b_n+c_n)(-a_n+b_n+c_n)(a_n-b_n+c_n)(a_n+b_n-c_n)}}{2b_n}$

Δh_n＝|h_n+1-h_n|

其中： $a_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}_n+d,b_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{BC}}}_n,c_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{AC}}}_n+d;$ n为测量天数；分别为第n天收敛尺测出的两个水平三角钩与圆钩之间的长度，为第n天收敛尺测出的两个水平三角钩之间的长度；ΔS_n为第h_n为n天时三角形的面积，第n天时三角形的高度，h_n+1为第n+1天时三角形的高度，Δh_n为隧道拱顶第n天的拱顶沉降变化值。

所述步骤2)中使用伸缩杆时，将内管从外管中提出，当内管的金属刻度线完全露出外杆时，用手指轻压紧锁件的上部，使紧锁件的卡扣嵌入内管的卡槽中，使两管紧密相连；

所述步骤2)中，在向拱顶挂收敛尺时，先将收敛尺挂钩下方的刻度尺安装在杆帽卡槽中，然后将外伸挂杆伸入杆帽的喇叭状伸入口中，直至到圆柱状吻合口中；

将收敛尺钩子吸附在钢筋顶端，将伸缩杆与收敛尺连接在一起之后，伸长伸缩杆，当杆顶即将到达拱顶时候，轻拉鱼线，使收敛尺钩子离开杆顶正上方，同时将伸缩杆上顶，将拱顶挂钩卡在伸缩杆顶部的四脚撑钩上，紧拉鱼线，待钢筋偏离一定位置之后，正极磁铁与负极磁铁之间的吸引力不足以抵抗由于鱼线拉伸在钢筋顶端产生的拉力时，磁铁就会分开，由于惯性作用，收敛尺钩子将回归原位，即内管的正上方，然后将伸缩杆收缩，收敛尺钩子就挂于拱顶，然后通过按锁紧件下端，便能一节节的收回伸缩杆。

本实用新型的有益效果是，本实用新型隧道拱顶沉降监测的装置及其方法，降低了测量的难度，在不影响隧道的施工情况下保证测量的快捷和精准度；本实用新型隧道拱顶沉降测量伸缩杆，在向拱顶挂钩的过程中，增加挂拱顶钩子的方便程度，其次通过可拆卸杆帽与收敛尺的结合，可以保证收敛尺成功有效的测量，并且对收敛尺不会有损坏。

附图说明

图1为伸缩杆未紧锁状态图；

图2为伸缩杆紧锁状态图；

图3为伸缩杆装置剖视图；

图4(a)、图4(b)为伸缩杆紧锁件正、侧视图；

图5为伸缩杆基础管正视图；

图6为伸缩杆基础管侧视图；

图7为伸缩杆外带杆帽正视图；

图8为伸缩杆外带杆帽侧视图；

图9为伸缩杆内管俯视图；

图10为伸缩杆内管正视图；

图11为本实用新型拱顶沉降监测装置的测量示意图；

其中1.金属刻度线，2.导线环，3.喇叭状伸入口，4.圆柱状吻合口，5.外伸挂杆,6.四脚撑钩，7.钢筋，8.弹簧，9.正极磁铁，10.负极磁铁，11.杆帽卡槽，12.锁紧装置，13.卡扣，14.卡槽。

具体实施方式

以下通过具体实例说明本实用新型的实施方法，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的优点和功效。本实用新型可以配合多种拱顶钢挂尺进行拱顶沉降测量，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

用于隧道拱顶沉降监测装置，包括：

固定安装于隧道内壁顶部的圆钩和侧面上水平对应设置的两个三角钩，两个三角钩和圆钩组成等腰三角形；拱顶挂钩为圆形钩，水平挂钩为三角钩非闭合钩。

用来把测量等腰三角形边长的收敛尺挂到圆钩的伸缩杆；

伸缩杆包括多节能够自由伸缩的套装在一起的套管，每两节套管之间均设有锁紧装置12，每一节套管的顶端外部均设有一导线环2，可使鱼线从中穿过，通过鱼线来控制内管上部钢筋7的位置，进而改变收敛尺钩子的角度和位置；顶端套管的上端位置安装有与伸缩杆固定为一体的外伸挂杆5和四脚撑钩6，最顶端套管侧面上还安装有弹性拉伸装置，多节套管的导线环中穿有鱼线，且鱼线上端与弹性拉伸装置中部相连。

锁紧装置12包括分别安装在相邻两节套管的内管上的卡槽14、外管上与所述卡槽相对应的锁紧件，锁紧件上设有与卡槽相配合的卡扣13。紧锁件装置的安装在伸缩杆的双侧，使内管和外管之间进行轴向和周向的限位。应用于费力杠杆原理设计而成，紧锁装置与卡槽闭合后，当杆体位于竖直方向时，可利用内部杆体自身重量将两杆体紧密闭合，外力难以改变紧锁装置状态。

在内管卡槽上端的一定位置，安装确定紧锁卡槽位置的金属刻度线，保证紧锁装置应用的方便及快捷。

伸缩杆上设有一个能够拆卸的杆帽，可以随意与收敛尺远端结合和分开，所述杆帽下半部分为喇叭口状，方便外伸挂杆伸入；上半部分为圆柱状，可以起固定杆帽、防止滑动或掉落的作用，外部侧面上设有能够卡住收敛尺的刻度尺的杆帽卡槽11。

收敛尺的顶端钩子侧弯处安装有正极磁铁9。

弹性拉伸装置包括顶端安装负极磁铁10的钢筋7，钢筋7的下端铰接与顶端套管侧面上，钢筋7的中部分别与鱼线和安装于顶端套管上的弹簧8相连，弹簧8起到限位及复位作用。

如图11所示，一种隧道拱顶沉降的测量方法，其测量方法的步骤如下：

1)、标识测点：在隧道新开挖断面形成后在拱顶位置设置圆钩，在水平向设置同高程的三角钩；

2)、测量长度：首先，使用收敛尺测出水平两三角钩之间的线段长度，再使用伸缩杆将收敛尺挂远端挂上拱顶的圆钩，另一端读数端连接在水平向三角钩上，测出其长度。

3)、测算沉降变量：通过三角形面积计算公式，将每次所测得的三边长度，水平长度采用测量值，斜边长度加以圆钩的半径d，进行计算，便可快速得出高程、位置的变化量，即可知道拱顶沉降量。

计算公式：

$\mathrm{\Δ}{S}_n=\sqrt{p_n(p_n-a_n)(p_n-b_n)(p_n-c_n)}---\left(1\right)$

p_n＝1/2(a_n+b_n+c_n)  (2)

ΔS_n＝1/2b_nh_n  (3)

将公式(2)(3)分别代入公式(1)中，得：

$h_n=\frac{\sqrt{(a_n+b_n+c_n)(-a_n+b_n+c_n)(a_n-b_n+c_n)(a_n+b_n-c_n)}}{2b_n}$

Δh_n＝|h_n+1-h_n|

其中： $a_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}}_n+d,b_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{BC}}}_n,c_n={\stackrel{\‾}{\mathrm{AC}}}_n+d;$ n为测量天数；分别为第n天收敛尺测出的两个水平三角钩与圆钩之间的长度，为第n天收敛尺测出的两个水平三角钩之间的长度；ΔS_n为第h_n为n天时三角形的面积，第n天时三角形的高度，h_n+1为第n+1天时三角形的高度，Δh_n为隧道拱顶第n天的拱顶沉降变化值。

一种隧道拱顶沉降装置的使用方法如下：

请参阅图1至图10。需要说明的是，本实施例中所设计的伸缩杆，Ⅰ级管(基础管)直径为6cm、Ⅱ级管直径为5cm、Ⅲ级管直径为4cm、Ⅳ级管直径为3cm、Ⅴ级管(内管)直径为2cm，采用金属管，其它部件比例按图示大小，切实可行即可。

在第Ⅴ级管(内管)上端安装环形钢筋，该钢筋底部固定在第Ⅴ级管(内管)上端，中部分别向上与固定在第Ⅴ级管(内管)上的弹簧相连接，向下与通过导线环的鱼线向连接，上部安装有正极磁铁，其高度与撑钩中部位置平齐。

第Ⅴ级管(内管)上端安装有外伸挂杆，外伸挂杆向外延伸3cm，向上高5cm。

如图1、2所示，显示本实用新型专用伸缩杆不同级管之间的紧锁装置示意图，该紧锁装置包括安装在内管上的卡槽、安装在外管上的紧锁件。当需要将伸缩杆伸长时，将内管从外管中提出，当内管的金属刻度线1完全露出外管时，用手指轻压紧锁件的上部，使紧锁件的卡扣嵌入内管的卡槽中，使两管紧密相连。

如图7、8所示，在向拱顶挂收敛尺时，先将收敛尺挂钩下方的刻度尺安装如杆帽的杆帽卡槽中，然后将外伸挂杆5伸入杆帽喇叭状伸入口3中，直至到圆柱状吻合口4中。

如图9、10所示，将收敛尺的顶端钩子侧弯处安装有正极磁铁9，同时在伸缩件的钢筋7顶端安装负极磁铁10，将钢挂尺钩子吸附在钢筋7顶端，正极磁铁9与钢筋顶端的负极磁铁10在钢筋移动一定位置内保持连接状态，在钢筋移动位置大于某一值后相分离。将伸缩杆与收敛尺连接在一起之后，伸长伸缩杆，当杆顶即将到达拱顶时候，轻拉鱼线，使收敛尺钩子离开杆顶正上方，同时将伸缩杆上顶，将拱顶挂钩卡在伸缩杆顶部的四脚撑钩6上，正极磁铁9与负极磁铁10之间的吸引力不足以抵抗钢筋7顶端产生的拉力时，磁铁就会分开，由于收敛尺远端钩子此时位于拱顶挂钩之上，收敛尺钩子将挂在拱顶挂钩上，即内管的正上方，然后将伸缩杆收缩，收敛尺钩子就挂于拱顶，然后通过按锁紧件下端，便可一节节的收回伸缩杆。

如图9、10所示，在取下收敛尺时，将伸缩杆伸长，先将位于内杆上的外伸挂杆5伸入杆帽喇叭状伸入口3中，再将内杆上的四脚撑钩6卡在拱顶挂钩上，然后一手轻拉收敛尺，使外伸挂杆5完全嵌入杆帽的圆柱状吻合口4中，此时的正极磁铁9与负极磁铁10由于引力作用，连接在一起，此时轻拉鱼线，钢挂尺钩子的位置和角度由于钢筋7位置的改变而离开拱顶挂钩，此时收缩收缩杆，即可将收敛尺回收。

Claims (6)

1.一种用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，包括：

固定安装于隧道内壁顶部的圆钩和侧面上水平对应设置的两个三角钩，两个三角钩和圆钩组成等腰三角形；

用来把测量等腰三角形边长的收敛尺挂到圆钩的伸缩杆；

所述伸缩杆包括多节能够自由伸缩的套装在一起的套管，每两节套管之间均设有锁紧装置，每一节套管的顶端外部均设有一导线环，最顶端套管的上端位置安装有与伸缩杆固定为一体的外伸挂杆和四脚撑钩；最顶端套管侧面上还安装有弹性拉伸装置，多节套管的导线环中穿有鱼线，且鱼线上端与弹性拉伸装置中部相连。

2.如权利要求1所述的用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，所述锁紧装置包括分别安装在相邻两节套管的内管上的卡槽、外管上与所述卡槽相对应的锁紧件。

3.如权利要求1所述的用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，所述套管上沿轴向设有刻度值。

4.如权利要求1所述的用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，所述伸缩杆上设有一个能够拆卸的杆帽，所述杆帽下半部分为喇叭口状，上半部分为圆柱状，外部侧面上设有能够卡住收敛尺的刻度尺的杆帽卡槽。

5.如权利要求1所述的用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，所述收敛尺的顶端钩子侧弯处安装有正极磁铁。

6.如权利要求1所述的用于隧道拱顶沉降监测装置，其特征是，所述弹性拉伸装置包括顶端安装负极磁铁的钢筋，钢筋的下端铰接与顶端套管侧面上，钢筋的中部分别与鱼线和安装于顶端套管上的弹簧相连。