CN204535693U - 地层沉降监测系统及一孔多标地层沉降分层监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地层竖向变形量的监测，进一步涉及一种地层沉降监测系统，还涉及一种一孔多标地层沉降分层监测系统。地层沉降监测系统，包括：竖井；嵌入竖井孔壁地层待监测深度的监测金属标头；支架，位于支架上的滑轮；沿竖井垂直运动的金属探测器；通过滑轮牵引金属探测器的测线；位移计量仪，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量。本实用新型相对于现有技术的优点在于：本系统地下部分部件相对较少，主要为监测金属标头，地下部分安装成本较低；而地上部分可以灵活移动，整体维护便捷。

Description

地层沉降监测系统及一孔多标地层沉降分层监测系统

技术领域：

本实用新型涉及地层竖向变形量的监测，进一步涉及一种地层沉降监测系统，还涉及一种一孔多标地层沉降分层监测系统。

背景技术：

地层的沉降对地面建筑物、管线、市政工程、水利工程等安全非常重要。现有的技术主要通过在地下埋设信号发生装置，与地面固定位置的信号接收装置进行距离测量，监测设备埋于地下，一旦监测设备受损，整个监测装置报废，监测周期较短，不能适应长期沉降监测要求。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种满足地面沉降长期监测的系统。本实用新型通过如下技术方案实现：

地层沉降监测系统，包括：

地下部分：竖井611；嵌入竖井孔壁地层待监测深度的监测金属标头601；

地上部分：支架607，位于支架上的滑轮701；沿竖井垂直运动的金属探测器608；通过滑轮牵引金属探测器的测线612；位移计量仪604，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量。

在上述系统上实现的地层沉降监测方法，包括如下步骤：

将金属探测器608从特定的垂直高度沉入竖井611，设定测线位移的计量起点；

当金属探测器608探测到监测金属标头601时，设定为测线位移的计量终点；

计量起点与计量终点之间测线的位移量为监测金属标头距离计 量起点的垂直距离。

作为优选方案，系统还包括：

嵌套于竖井内的非金属内套管610；位于非金属内套管壁上的标定金属标头609，与监测金属标头在垂直高度上相邻而不相同。所述标定金属标头优选为环状，固定于非金属内套管外壁；所述标定金属标头的优选位置在垂直方向位于监测金属标头的上部。

通过非金属内套管的设置和标定金属表头的设置，将监测标头与地面测量起点之间垂直距离的计量缩小为监测标头与标定标头之间垂直距离的计量；缩小了计量长度，减小了误差。

在上述系统上实现的地层沉降监测方法，包括如下步骤：

将金属探测器608从非金属内套管上端沉下，当首次探测到标定金属标头609或监测金属标头601时，设定为测线位移的计量起点；

当金属探测器再次探测到监测金属标头601或标定金属标头609时，设定为测线位移的计量终点；

计量起点与计量终点之间测线的位移量为监测金属标头601与标定金属标头609之间相对垂直距离；由于标定金属标头609与非金属内套管上端之间的垂直距离固定不变，进而获得了监测金属标头601与非金属内套管上端之间的垂直距离。

一孔多标地层沉降分层监测系统，包括：

地下部分：竖井611；嵌入同一竖井孔壁地层N个待监测深度的N个监测金属标头601、702、703，N大于或等于2；嵌套于竖井内的非金属内套管610；位于非金属内套管壁上的N个标定金属标头609、704、705，每个标定金属标头与对应的监测金属标头在垂直高度上相邻而不相同；

地上部分：支架607，位于支架上的滑轮701；沿竖井垂直运动 的金属探测器608；通过滑轮牵引金属探测器的测线612；位移计量仪604，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量。

作为优选方案，上述标定金属标头为环状，固定于非金属内套管外壁。上述标定金属标头609、704、705的位置优选在垂直方向位于对应监测金属标头601、702、703的上部。

在上述系统上实现的一孔多标地层沉降分层监测方法，包括如下步骤：

将金属探测器608从非金属内套管610上端沉入，对于N组监测金属标头601、702、703和标定金属标头609、704、705，每组均为：

奇数次探测到的信号为标定金属标头的信号，设定为该组位置测线位移的计量起点；

对应偶数次探测到的信号为监测金属标头的信号，设定为该组位置测线位移的计量终点；

每组计量起点与计量终点之间测线的位移量为该组监测金属标头与标定金属标头之间相对垂直距离；由于每个标定金属标头与内套管上端之间的垂直距离固定不变，进而获得了对应监测金属标头与内套管上端之间的垂直距离。

本实用新型相对于现有技术的优点在于：

(一)本系统地下部分部件相对较少，主要为监测金属标头，地下部分安装成本较低；而地上部分可以灵活移动，整体实施成本较低。

(二)本实用新型的优选方案，使用了非金属内套管以及位于非金属内套管壁上的标定金属标头，将测量量程缩短，减少了误差和误差积累。

(三)一孔多标地层沉降分层监测系统相对于现有技术中的一孔 一标，减少了钻孔的数量，工程造价大幅降低，占地面积大幅减少。

附图说明：

图1为实施例中一孔多标地层沉降分层监测系统示意图；图中，601、702、703代表监测金属标头，602代表地下土层，603代表绕线器，604代表位移计量仪，605代表数据记录仪，606代表涨紧轮，607代表支架，608代表金属探测器，609、704、705代表标定金属标头，610代表非金属内套管，611代表竖井，612代表测线，613代表地上部分的客体，614代表承台，615代表非金属内套管底座；701代表滑轮。

图2是实施例中监测金属标头的结构主视图；502、503代表标头爪，506代表中心桩，506-1代表中心桩底部为四棱锥，506-2代表中心桩顶部为的圆柱体；后视图、左视图、右视图与本视图完全相同。

图3是图2对应的俯视图；图中，504、505代表标头爪。

图4是图2对应的仰视图。图中，501代表矩形外端面。

图5是实施例中与监测金属标头配合工作的金属标头安装器沿中心线剖面示意图；图中，1代表第一油缸，2代表拨针，3代表第二传感器，4代表第一传感器，5代表压出口，6代表金属标头，7代表标头仓，8代表施压机构，9代表壳体，10、11代表第二油缸的油路，12代表第二油缸，14代表横向支撑托，15、16代表第一油缸的油路，201代表第一铰接轴，202代表第二铰接轴，203代表第三铰接轴，302代表第二施压杆，303代表第三施压杆，401代表锥形下端头，402代表锥形上端头。

具体实施方式：

对照图1，一孔多标地层沉降分层监测系统，包括：

地下部分：竖井611；嵌入同一竖井孔壁地层3个待监测深度的 3个监测金属标头601、702、703；嵌套于竖井内的非金属内套管610；位于非金属内套管壁上的3个标定金属标头609、704、705，标定金属标头609、704、705为圆环状，固定于非金属内套管外壁，其位置在垂直方向位于对应监测金属标头601、702、703的上部；非金属内套管底座615，起到过滤泥沙等固体物的作用；

地上部分：支架607，位于支架上的滑轮701；沿竖井垂直运动的金属探测器608；通过滑轮牵引金属探测器的测线612；位移计量仪604，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量；绕线器603；数据记录仪605，记录包括位移计量仪数据在内的测量数据；涨紧轮606；地上部分壳体613；承台614；所述金属探测器包括涡流检测传感单元，可对400mm²金属在距离100mm处探知。

地下部分安装：施工竖井611，通过取样确定监测金属标头601、702、703在地下土层602中的安装位置，然后利用金属标头安装器将监测金属标头逐一安装在预定的地下土层中，针对每一监测金属标头的位置，在每一监测金属标头深度减1米位置安装对应的标定金属标头609、704、705，根据确定的标定金属标头位置逐一安装在非金属内套管610上，非金属内套管长度自竖井孔底至地面，非金属内套管下端安装非金属内套管底座615，将安装好标定金属标头609、704、705和非金属内套管底座615的非金属内套管下入竖井中，非金属内套管与竖井之间间隙充填粘土进行密封，至此完成地下部分安装。

地上部分安装：在地面围绕竖井611和非金属内套管610垒砌承台614，在承台上安装地上部分壳体613，并与预埋在承台614内的螺栓紧固连接；依次在地上部分壳体内安装支架607、绕线器603、位移计量仪604、涨紧轮606、数据记录器605、测线612，将测线一端与金属探测器608连接，至此完成地上部分安装。

在上述系统上实现的一孔多标地层沉降分层监测方法，包括如下步骤：

转动绕线器603，将金属探测器608从非金属内套管610上端沉入，对于3组监测金属标头601、702、703和标定金属标头609、704、705：

1、3、5次探测到的信号为标定金属标头的信号，设定为该组位置测线位移的计量起点；

2、4、6次探测到的信号为对应的监测金属标头的信号，设定为该组位置测线位移的计量终点；

每组计量起点与计量终点之间测线的位移量为该组监测金属标头与标定金属标头之间相对垂直距离；由于每个标定金属标头与内套管上端之间的垂直距离固定不变，进而获得了对应监测金属标头与内套管上端之间的垂直距离。

对照图2-4，监测金属标头包括：正方形外端面501，标头安装过程中为受力面；位于矩形外端面四个直角处对称分布的4个标头爪502、503、504、505，标头爪为矩形体，最外端为四棱锥，便于在外端面受到外力压迫时楔入土壤；

与四个标头爪同侧，位于矩形外端面中心位置的中心桩506，其作用在于标头安装过程中遇到硬物时，中心桩用于将硬物顶开；

所述中心桩的具体方案是：最外端呈锥形，锥尖到矩形外端面的距离比4个标头爪中任何一个标头爪的锥尖到矩形外端面的距离都长；中心桩分为两段，底部为四棱锥506-1，锥底一只延伸到正方形外端面边缘；顶部为圆柱体506-2，圆柱体最外端为圆锥；

所述金属标头材质选45号钢，表面涂刷防腐层。

对照图5，与监测金属标头配合使用的金属标头安装器，包括：

圆棒状空腔状的壳体9，壳体外直径略小于沉降监测竖井的内直径；

位于侧面位置的正方形金属标头压出口5，在安装过程中对准要安放金属标头的竖井内壁；

位于金属标头压出口垂直正上方的标头仓7；

位于标头仓内，且在最上方的施压机构8；

拨针2，形状为“Z”形，通过铰接的方式固定在壳体上，当拨针沿第一铰接轴201旋转时，正好可将金属标头按压在监测竖井孔壁上；

与拨针滑槽滑动铰接的第一油缸1，第一油缸可带动拨针沿第一铰接轴201旋转；

与金属标头压出口正对，也位于壳体侧面位置的横向支撑托14，在安装金属标头前，首先将横向支撑托伸出，将壳体向标头打出方向偏移，确保金属标头有相对固定的横向移动量；

与横向支撑托铰接的第二施压杆302和第三施压杆303；第二施压杆和第三施压杆形状为“Z”形，分别通过第二铰接轴202、第三铰接轴203固定在壳体上；当第二施压杆沿第二铰接轴旋转，第三施压杆沿第三铰接轴旋转时，正好可将横向支撑托横向伸出；

与第二施压杆和第三施压杆同时铰接的第二油缸12，当第二油缸沿轴线移动时，可带动第二施压杆和第三施压杆分别沿第二铰接轴、第三铰接轴旋转；

第一传感器4，感应金属标头是否到达出仓位置；第二传感器3，感应拨针探出壳体的最大位置；第三传感器17，感应横向支撑托的初始位置；

位于壳体下端面的锥形下端头401，位于壳体上端面的锥形上端 头402。

Claims (7)

1.地层沉降监测系统，其特征在于，包括：

地下部分：竖井(611)；嵌入竖井孔壁地层待监测深度的监测金属标头(601)；

地上部分：支架(607)，位于支架上的滑轮(701)；沿竖井垂直运动的金属探测器(608)；通过滑轮牵引金属探测器的测线(612)；位移计量仪(604)，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量。

2.根据权利要求1所述地层沉降监测系统，其特征在于，还包括：

嵌套于竖井内的非金属内套管(610)；位于非金属内套管壁上的标定金属标头(609)，与监测金属标头在垂直高度上相邻而不相同。

3.根据权利要求2所述地层沉降监测系统，其特征在于：所述标定金属标头为环状，固定于非金属内套管外壁。

4.根据权利要求2所述地层沉降监测系统，其特征在于：所述标定金属标头在垂直方向位于监测金属标头的上部。

5.一孔多标地层沉降分层监测系统，其特征在于，包括：

地下部分：竖井(611)；嵌入同一竖井孔壁地层N个待监测深度的N个监测金属标头(601、702、703)，N大于或等于2；嵌套于竖井内的非金属内套管(610)；位于内套管壁上的N个标定金属标头(609、704、705)，每个标定金属标头与对应的监测金属标头在垂直高度上相邻而不相同；

地上部分：支架(607)，位于支架上的滑轮(701)；沿竖井垂直运动的金属探测器(608)；通过滑轮牵引金属探测器的测线(612)；位移计量仪(604)，计量测线的移动量，进而测量金属探测器在竖井内的移动量。

6.根据权利要求5所述一孔多标地层沉降分层监测系统，其特征在于：所述标定金属标头为环状，固定于非金属内套管外壁。

7.根据权利要求5所述一孔多标地层沉降分层监测系统，其特征在于：所述标定金属标头(609、704、705)在垂直方向位于对应监测金属标头(601、702、703)的上部。