CN204312075U - 一种盾构隧道拱顶沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，包括设置在盾构隧道进口处拱顶上的悬挂平台，悬挂平台上安装有激光发射器装置，激光发射器装置的激光头朝向盾构隧道内，激光发射器装置激光头前方的盾构隧道直线段拱顶管片上依次设置有一组或多组拱顶接收器，以及纠偏器，盾构隧道拐弯段与直线段结合处的拱顶管片上设置有反射器，激光发射器装置、多组拱顶接收器、纠偏器、反射器处于同一与盾构隧道中心轴线平行的直线上。本实用新型具有效率高，操作简单，安全可靠的优点。

Description

一种盾构隧道拱顶沉降监测装置

技术领域

本实用新型涉及隧道检测装置领域，具体是一种盾构隧道拱顶沉降监测装置。

背景技术

盾构隧道施工技术随着盾构机性能的改进有了很大发展，但开挖引起的变形仍不可避免。盾构隧道工程施工和地铁运营期间，自身结构的安全和沿线环境的稳定至关重要，长期进行变形测量是十分必要的。包括：地表下沉观测；地下隧道结构和车站的长期位移和沉降的重复观测。其中，拱顶沉降是地下隧道变形监测的重要内容。

拱顶沉降现有方法有接触测量和非接触测量，接触测量有：水准仪配合因瓦挂尺法、水准仪悬挂钢尺法、水准仪倒尺测量；非接触测量有：全站仪结合反光片靶标法。也有一些全自动测量系统：巴赛特系统和全站仪的动态监测系统。

采用接触测量时，当测量边墙的点和在特大断面作业时，因为立水准尺或者悬挂钢尺困难而不便操作；隧道内光照弱，对准等操作实施困难；水准测量时，拱顶位移监测每次只能测量一个断面，效率比较低；测量时隧道内的运输列车进出不断，也会给测量带来不便。

采用非接触测量时，测量时隧道内光照微弱，每次对准困难；列车进出，给测量带来不便，效率不高，硬件成本相对比较高。

采用变形自动监测系统时，无论巴赛特系统全站仪的动态监测系统或者断面仪动态监测系统，如果布置许多断面的监测,硬件成本很高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，以解决现有技术监测装置效率低、操作不便或者成本过高的问题，提出一种效率高，操作简单，安全可靠，精度满足要求的测量装置。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：包括设置在盾构隧道进口处拱顶上的悬挂平台，悬挂平台上安装有激光发射器装置，所述激光发射器装置的激光头朝向盾构隧道内，激光发射器装置激光头前方的盾构隧道直线段拱顶管片 上依次设置有一组或多组拱顶接收器，以及纠偏器，盾构隧道拐弯段与直线段结合处的拱顶管片上设置有反射器，所述激光发射器装置、多组拱顶接收器、纠偏器、反射器处于同一与盾构隧道中心轴线平行的直线上。

所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述激光发射器装置包括水平连接在悬挂平台上的底座，底座上设置配有激光调节器的激光发射器，且激光发射器底部四角与底座之间分别转动安装有脚螺旋，激光头设置在激光发射器前侧面上，且激光发射器前侧面沿左右水平方向、左侧面或右侧面沿前后水平方向分别设置有水准管。

所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述拱顶接收器包括上下排列且相互水平平行的顶板、支撑板，以及转动安装在顶板、支撑板之间左、右端的脚螺旋，其中顶板安装在盾构隧道直线段拱顶管片上，支撑板底部固定有高透玻璃体，且支撑板后侧面或前侧面沿左右水平方向设置有水准管，所述高透玻璃体左右面为对称沿底边向内倾斜一定角度的两个相同三角形面，前后则形成两个相同的等腰梯形面，底面为矩面形，由此构成类三棱柱体，且四周侧面刻有网格刻度线。

所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述纠偏器包括矩形盒体，矩形盒体顶面或者侧面安装在盾构隧道直线段拱顶管片上，矩形盒体内顶部、底部分别倾斜设置有平行激光反射镜，两平行激光反射镜相互平行，且两平行激光反射镜呈后端高于前端的倾斜状，矩形盒体后侧、前侧分别开有开口，且两平行激光反射镜后端之间对接矩形盒体后侧开口，两平行激光反射镜前端之间对接矩形盒体前侧开口。

所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述反射器包括水平的上支撑座，上支撑座中开有前后贯通上支撑座的通槽，通槽内通过转轴转动安装有转角螺旋，所述转轴下端穿出上支撑座，转轴下端在上支撑座下方连接有竖向设置的激光反射镜。

本实用新型测量过程为：测点相连两次读数之差为该时间段内的沉降，几次差值之和为该几段时间内的沉降，同时测量激光发射器的坐标变化对测点数据进行改正；拱顶绝对坐标获取：首次测量时拱顶沉降极小，那么可以认为初始坐标就对应拱顶绝对坐标。以后的绝对坐标值即是变形量和初始绝对坐标值的差值； 精度分析：本测量方法估读位为0.1mm，精度是1mm，并且在拱顶接收器的高透玻璃体的前后左右四面都可以读数，可以多次读数提高精度。

本实用新型优点为:监测时不受隧道的断面大小和内部施工影响，效率高，操作方便，安全可靠，精度高，节约人力和成本。随时可监测拱顶的沉降，实时观察拱顶沉降变化，确保施工安全的进行。

附图说明

图1为本实用新型整体结构侧剖视图。

图2为本实用新型拱顶接收器部分正视图。

图3为本实用新型激光发射器装置结构示意图。

图4为本实用新型拱顶接收器结构示意图。

图5为本实用新型高透玻璃体示意图。

图6为本实用新型纠偏器结构示意图。

图7为本实用新型纠偏器光学原理图。

图8为本实用新型反射器结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，包括设置在盾构隧道进口处拱顶上的悬挂平台8，悬挂平台8上安装有激光发射器装置1，激光发射器装置1的激光头1a朝向盾构隧道内，激光发射器装置1激光头1a前方的盾构隧道直线段拱顶管片9上依次设置有一组或多组拱顶接收器2，以及纠偏器4，盾构隧道拐弯段与直线段结合处的拱顶管片9上设置有反射器3，激光发射器装置1、多组拱顶接收器2、纠偏器4、反射器3处于同一与盾构隧道中心轴线平行的直线上。

如图3所示。激光发射器装置1包括水平连接在悬挂平台8上的底座，底座上设置配有激光调节器1b的激光发射器1c，且激光发射器1c底部四角与底座之间分别转动安装有脚螺旋6，激光头1a设置在激光发射器1c前侧面上，且激光发射器1c前侧面沿左右水平方向、左侧面或右侧面沿前后水平方向分别设置有水准管5。

如图4、图5所示。拱顶接收器2包括上下排列且相互水平平行的顶板2b、支撑板2c，以及转动安装在顶板2b、支撑板2c之间左、右端的脚螺旋6，其中 顶板2b安装在盾构隧道直线段拱顶管片9上，支撑板2c底部固定有高透玻璃体2a，且支撑板2c后侧面或前侧面沿左右水平方向设置有水准管5，高透玻璃体2a左右面为对称沿底边向内倾斜一定角度的两个相同三角形面，前后则形成两个相同的等腰梯形面，底面为矩面形，由此构成类三棱柱体，且四周侧面刻有网格刻度线。

如图6、图7所示。纠偏器4包括矩形盒体4a，矩形盒体4a顶面或者侧面安装在盾构隧道直线段拱顶管片9上，矩形盒体内顶部、底部分别倾斜设置有平行激光反射镜10，两平行激光反射镜10相互平行，且两平行激光反射镜10呈后端高于前端的倾斜状，矩形盒体4a后侧、前侧分别开有开口，且两平行激光反射镜10后端之间对接矩形盒体4a后侧开口，两平行激光反射镜10前端之间对接矩形盒体4a前侧开口。纠偏器固定顶面时纠偏光线高度偏移；固定侧面时纠偏光线水平偏移。

如图8所示。反射器3包括水平的上支撑座3a，上支撑座3a中开有前后贯通上支撑座的通槽，通槽内通过转轴转动安装有转角螺旋7，转轴下端穿出上支撑座3a，且转轴下端在上支撑座3a下方连接有竖向设置的激光反射镜11。

本实用新型包括激光发射器装置和拱顶接收器，激光发射器装置设置在隧道进口处，发射细激光束作为基准线，拱顶接收器粘结在拱顶管片上，拱顶接收器随着管片的变形而产生位置变化，因此激光穿过接收器的位置就会变化，每次测量只需读取和记录激光穿过玻璃体的刻度，利用每次记录的刻度计算变形量和测点坐标。同时，为解决隧道线路转弯而在弯曲段设置的反射器，为解决激光束偏移过大而设置的纠偏器。

拱顶接收器主要包括一块高透玻璃体，其正面和后面有网格刻度线，两侧面有水平刻度线，高透玻璃体和顶板之间设有两个脚螺旋，通过调节脚螺旋使玻璃体水平。

反射器主要包括一块激光反射镜，激光反射镜通过转轴和转角螺旋相连，转动转角螺旋可以改变激光反射镜的角度，从而调节激光束的方向。

纠偏器为一两侧开口矩形盒子，矩形盒子顶部和底部设置一对平行激光反射镜，激光从开口射入，被平行激光发射镜降位后从另外一面开口射出，从而达到纠正激光束的效果。

本实用新型中：

1)激光发射器安装：

在隧道进口处安装一个悬挂平台8，将激光发射器装置1安放在悬挂平台8上。位置先初步确定，使每个激光发射器装置1发射的激光束在合适高度。然后调节脚螺旋6使水准管5气泡居中，从而使激光束平行于拱顶管片9内壁。随着测量长度的增加，需要通过调节激光调节器1b来调节激光的强度和光斑直径等参数。把激光头1a设置为一个基准点，测量这个基准点的初始坐标以及每次测量校核时的坐标。

2)接收器2安装：

及时在需要监测的拱顶管片9上布置拱顶接收器2，拱顶接收器2主要包含一块高透玻璃体2a，其表面带刻度网格。具体操作：将需要布置的位置表面清理干净，用胶水将接收器与管片内壁粘结起来。然后调节拱顶接收器2上脚螺旋6，使拱顶接收器2上水准管5气泡居中，从而使拱顶接收器2位置水平。每个拱顶接收器安装完毕，激光发射器便开机发射激光光束，借助望远镜12在距离拱顶接收器2适当距离读数，记下激光穿过拱顶接收器2的初始坐标，每次监测只需要读数记录即可，如此得到每个点的一系列坐标值。如果正面操作不便，接收器两侧面以及后面同样标有刻度，因此可以在其他面上读数。

3)反射器3安装：

隧道走向并不一定是直线，有的需要转弯。那就需要在拐弯段的合适位置粘结反射器3。反射器3上的激光反射镜11可以反射激光，使之改变方向。反射镜3上设有转角螺旋7，可以精确的微调激光反射镜11位置。显然，直线型盾构隧道无需安装。

4)纠偏器4安装：

隧道有些比较长；同时，激光发射器装置1安装时可能产生较大误差，那么高度或水平误差会随激光传播距离增加而不断积累。在水平或者高度误差达到约50mm时，就需要设置一个纠偏器4，同样也是用胶水粘接在拱顶管片9上，这样可以使激光调整到合适位置。尽管纠偏器4会随拱顶发生沉降，但不会对后面激光产生影响。若激光束偏移量较小时则无需安装。

5)数据处理： 

拱顶沉降量计算：测点相连两次读数之差为该时间段内的沉降，几次差值之和为该几段时间内的沉降，同时要根据隧道口水准点坐标变化对数据进行改正；拱顶绝对坐标获取：首次测量时拱顶沉降极小，那么可以认为初始坐标就对应拱顶绝对坐标。以后的绝对坐标值即是变形量和初始绝对坐标值的差值；精度分析：本测量方法估读位为0.1mm，精度是1mm，并且在拱顶接收器2的高透玻璃体2a的前后左右四面都可以读数，可以多次读数提高精度。

Claims (5)

1.一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：包括设置在盾构隧道进口处拱顶上的悬挂平台，悬挂平台上安装有激光发射器装置，所述激光发射器装置的激光头朝向盾构隧道内，激光发射器装置激光头前方的盾构隧道直线段拱顶管片上依次设置有一组或多组拱顶接收器，以及纠偏器，盾构隧道拐弯段与直线段结合处的拱顶管片上设置有反射器，所述激光发射器装置、多组拱顶接收器、纠偏器、反射器处于同一与盾构隧道中心轴线平行的直线上。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述激光发射器装置包括水平连接在悬挂平台上的底座，底座上设置配有激光调节器的激光发射器，且激光发射器底部四角与底座之间分别转动安装有脚螺旋，激光头设置在激光发射器前侧面上，且激光发射器前侧面沿左右水平方向、左侧面或右侧面沿前后水平方向分别设置有水准管。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述拱顶接收器包括上下排列且相互水平平行的顶板、支撑板，以及转动安装在顶板、支撑板之间左、右端的脚螺旋，其中顶板安装在盾构隧道直线段拱顶管片上，支撑板底部固定有高透玻璃体，且支撑板后侧面或前侧面沿左右水平方向设置有水准管，所述高透玻璃体左右面为对称沿底边向内倾斜一定角度的两个相同三角形面，前后则形成两个相同的等腰梯形面，底面为矩形面，由此构成类三棱柱体，且四周侧面刻有网格刻度线。

4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述纠偏器包括矩形盒体，矩形盒体顶面或者侧面安装在盾构隧道直线段拱顶管片上，矩形盒体内顶部、底部分别倾斜设置有平行激光反射镜，两平行激光反射镜相互平行，且两平行激光反射镜呈后端高于前端的倾斜状，矩形盒体后侧、前侧分别开有开口，且两平行激光反射镜后端之间对接矩形盒体后侧开口，两平行激光反射镜前端之间对接矩形盒体前侧开口。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道拱顶沉降监测装置，其特征在于：所述反射器包括水平的上支撑座，上支撑座中开有前后贯通上支撑座的通槽，通槽内通过转轴转动安装有转角螺旋，所述转轴下端穿出上支撑座，转轴下端在上支撑座下方连接有竖向设置的激光反射镜。