CN207730196U - 一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，导杆竖直设置并与固定装置连接，V型磁铁的顶角向下，通过套孔套在导杆上，且能沿导杆上下自由移动；两块条形磁铁正对固定在固定装置上，竖向设置且对称分布于导杆两侧，两块条形磁铁分别位于V型磁铁朝下的两个侧面的两侧，条形磁铁与V型磁铁朝下且与该条形磁铁相邻的侧面的磁极相同，两块条形磁铁对V型磁铁产生向上的排斥力的合力与V型磁铁的重力大小相等，方向相反；标尺固定于固定装置上，沿竖直方向设置有刻度，V型磁铁上设置有与标尺相适配用于显示V型磁铁相对位置的指针。本实用新型能够快速监测隧道边仰坡地表沉降，有效地节约人力和物力同时也能够有效地提高测量的精确度。

Description

一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺

技术领域

本实用新型属于隧道监控量测技术领域，具体是一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺。

背景技术

随着我国经济建设的不断发展，国家路网规划的不断完善，公路隧道的建设日益增多，尤其是隧道建设的规模越来越大。由于隧道工程建设的特殊性、复杂性以及对于隧道围岩的不确定性。所以对洞口外地表沉降、隧道围岩及支护结构进行监控量测是保证隧道正常施工以及后期安全运营的必不可少的手段。其中，隧道洞外地表沉降是隧道监控量测中的必测项目之一。通过量测，及时地将数据反馈至施工单位、监理单位、业主单位及设计单位。根据量测数据确定新的支护方式。从而保证隧道施工的安全性。

当前测量隧道边仰坡地表沉降的主要仪器有高精度水准仪和水准尺。然而，高精度水准仪在隧道边仰坡地表的测量操作过程中也受到一些条件的限制，譬如边仰坡的坡度过陡，测量人员无法准确测量，则造成最终测量结果会存在一定的误差。而目前使用高精度水准仪测量时，一般将基点埋设在隧道开挖纵横向各3～4倍洞径以外的区域，一般先埋设2个基点，以便相互校核。然后中间一般埋设5个测点监测，作为量测的中间点。测量时，扶尺和观测人员会因长时间站立原因，导致塔尺倾斜，最终测量结果会存在误差，同时也会因天气等其它原因，延误最佳观测时间，最终造成测量结果产生误差。影响隧道的施工安全。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，通过本实用新型能够快速监测隧道边仰坡地表沉降，有效地节约人力和物力同时也能够有效地提高测量的精确度，进一步降低仪器操作中引起的误差，保证隧道的施工安全。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，包括导杆、条形磁铁、V型磁铁、标尺和固定装置，导杆竖直设置并与固定装置固定连接，V型磁铁的顶角向下，V型磁铁的中部沿竖直方向开设有套孔，V型磁铁通过套孔套在导杆上，且能沿导杆上下自由滑动；条形磁铁设置两块且均固定在固定装置上，两块条形磁铁正对，对称分布于导杆两侧，且均沿竖直方向设置，两块条形磁铁分别位于V型磁铁朝下的两个侧面的两侧，条形磁铁与V型磁铁朝下且与该条形磁铁相邻的侧面的磁极相同，两块条形磁铁对V型磁铁产生向上的排斥力的合力与V型磁铁的重力大小相等，方向相反；标尺固定于固定装置上，标尺沿竖直方向设置有刻度，V型磁铁上设置有与该标尺相适配用于显示V型磁铁相对位置的指针。

所述固定装置包括塔尺顶部固定板、塔尺底部固定座和外壳，导杆、条形磁铁和V型磁铁均设置在外壳的内腔，塔尺顶部固定板和塔尺底部固定座设置在外壳的顶部和底部，导杆的两端分别与塔尺顶部固定板和塔尺底部固定座连接；两块条形磁铁的上下两端分别与塔尺顶部固定板和塔尺底部固定座固定连接，或者两块条形磁铁固定在外壳上；外壳在一个侧壁沿竖直方向开设有条形孔，标尺沿条形孔设置。

还包括复位杆，塔尺顶部固定板上开设有复位孔，复位杆能够从复位孔伸入外壳内来调整V型磁铁的初始位置。

塔尺顶部固定板上开设两个复位孔，复位杆设置两支，其中一支不导磁，另一只导磁或为磁性杆。

塔尺底部固定座与用于固定自测塔尺的测量基座通过膨胀螺栓连接。

所述V型磁铁上设有橡胶层，橡胶层设置在V型磁铁的上顶面，作为V型磁铁的配重，当V型磁铁上设置橡胶层时，两块条形磁铁对V型磁铁和橡胶层形成的整体结构产生向上的排斥力的合力与该整体结构的重力大小相等，方向相反。

标尺上的刻度范围为+30cm～-15cm。

导杆、标尺和固定装置均是非磁性的。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型将V型磁铁套在导杆上，且能沿导杆上下自由滑动，V型磁铁的顶角向下，条形磁铁设置两块且均固定在固定装置上，两块条形磁铁正对，对称分布于导杆两侧，且均沿竖直方向设置，两块条形磁铁分别位于V型磁铁朝下的两个侧面的两侧，条形磁铁与V型磁铁朝下且与该条形磁铁相邻的侧面的磁极相同，两块条形磁铁对V型磁铁产生向上的排斥力的合力与V型磁铁的重力大小相等，方向相反，因此，V型磁铁处于平衡状态，能够悬浮在任意高度，当通过本实用新型的装置测量隧道边仰坡地表沉降时，导杆、条形磁铁、标尺和固定装置均会随着地表的沉降而一起沉降，由于V型磁铁处于平衡状态，在没有受到其它外力的情况下，V型磁铁处于空间中的初始位置，而不发生移动，因此，在竖直方向上，当地表发生沉降时，V型磁铁与导杆之间产生相对位移，该位移能够通过V型磁铁上的指针和标尺的相对位置能够得到。通过本实用新型能够快速监测隧道边仰坡地表沉降，有效地节约人力和物力同时也能够有效地提高测量的精确度，进一步降低仪器操作中引起的误差，保证隧道的施工安全。

进一步的，塔尺顶部固定板上开设有复位孔，复位杆能够从复位孔伸入外壳内来调整V型磁铁的初始位置，当自测塔尺在运输、组装的过程中由于倾斜造成磁针未处于零刻度处，此时可通过复位孔利用复位杆使V型磁铁归于零刻度处。这样操作方便快捷。便于仪器的快速安装调试。

进一步的，塔尺底部固定座与用于固定自测塔尺的测量基座通过膨胀螺栓连接，因此避免了以往采用扶尺人员因长时间站立造成塔尺不稳倾斜的状况。使得装置固定更加方便快捷、牢靠。减少了不必要的测量误差，大大节省时间和人员的劳动力。

进一步的，V型磁铁上设有橡胶层，橡胶层作为V型磁铁的配重，橡胶层不会影响V型磁铁和条形磁铁之间的磁场分布，能够增加V型磁铁的重力，使得橡胶层和V型磁铁整体具有较大的惯性，能够防止该整体结构受该整体结构与其它构件之间摩擦力的影响，造成状态不稳定，检测结果不准确的缺陷。

附图说明

图1为本实用新型的自测塔尺在工程实际中应用的示意图；

图2为本实用新型的自测塔尺的顶部装置俯视图；

图3为本实用新型的自测塔尺的正视图；

图4为本实用新型的自测塔尺的V型磁铁示意图；

图5为本实用新型的自测塔尺的导杆示意图；

图6为本实用新型的自测塔尺的条形磁铁示意图；

图7为本实用新型的自测塔尺的上部正面刻度放大图；

图8为本实用新型的自测塔尺的正面局部图；

图9为本实用新型的自测塔尺的下部正面放大图；

图10为本实用新型的自测塔尺的膨胀螺栓示意图；

图11为本实用新型的自测塔尺的下部与测量基座连接部示意图；

图12为本实用新型的自测塔尺的复位杆示意图；

图13为本实用新型的自测塔尺的测量基座示意图；

图14为本实用新型的V型磁铁与条形磁铁之间磁场作用的示意图；

图15为本实用新型的V型磁铁的结构示意图。

图中各标号表示为：1-复位孔，2-自测塔尺，2.1-塔尺前部面板，2.2-塔尺顶部固定板，2.3-塔尺刻度，2.4-塔尺前部玻璃板，2.5-塔尺底部固定座，3-指针，4-套孔，5-导杆，6-V型磁铁，7-膨胀螺丝套壳，7.1-膨胀螺丝顶端放大端，8-螺丝加固垫片，9-膨胀螺母，10-上部螺母，11-复位杆，12-测量基座，12.1-基座顶端固定器，13橡胶层，14-条形磁铁，15-隧道。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型作进一步的说明。

如图2至图10，图14和图15所示，本实用新型的用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，包括导杆5、条形磁铁14、V型磁铁6、标尺和固定装置，导杆5、标尺和固定装置均是非磁性的，导杆5竖直设置并与固定装置固定连接，V型磁铁6的顶角向下，V型磁铁6的中部沿竖直方向开设有套孔4，V型磁铁6通过套孔4套在导杆5上，且能沿导杆5上下自由滑动；条形磁铁14设置两块且均固定在固定装置上，两块条形磁铁14正对，对称分布于导杆5两侧，且均沿竖直方向设置，两块条形磁铁14分别位于V型磁铁6朝下的两个侧面的两侧，条形磁铁14与V型磁铁6朝下且与该条形磁铁14相邻的侧面的磁极相同，两块条形磁铁对V型磁铁6产生向上的排斥力的合力与V型磁铁6的重力大小相等，方向相反；标尺固定于固定装置上，标尺沿竖直方向设置有刻度，标尺上的刻度范围为+30cm～-15cm，V型磁铁6上设置有与该标尺相适配用于显示V型磁铁相对位置的指针3。

如图2以及图7至图8所示，固定装置包括塔尺顶部固定板2.2、塔尺底部固定座2.5和外壳，导杆5、条形磁铁14和V型磁铁6均设置在外壳的内腔，塔尺顶部固定板2.2和塔尺底部固定座2.5设置在外壳的顶部和底部，导杆5的两端分别与塔尺顶部固定板2.2和塔尺底部固定座2.5连接；两块条形磁铁14的上下两端分别与塔尺顶部固定板2.2和塔尺底部固定座2.5固定连接，或者两块条形磁铁14固定在外壳上；外壳在一个侧壁沿竖直方向开设有条形孔，标尺沿条形孔设置。

如图2和图12所示，本实用新型的自测塔尺还包括复位杆11，塔尺顶部固定板2.2上开设有复位孔1，复位杆11能够从复位孔1伸入外壳内来调整V型磁铁6的初始位置；在使用时，塔尺顶部固定板2.2上开设两个复位孔1，复位杆11设置两支，其中一支不导磁，另一只导磁或为磁性杆。

如图11所示，结合图1、图2、图3、图9、图10和图13所示，塔尺底部固定座2.5与用于固定自测塔尺的测量基座12通过膨胀螺栓连接。

如图4、图14和图15所示，V型磁铁6上设有橡胶层13，橡胶层13设置在V型磁铁6的上顶面，作为V型磁铁6的配重，当V型磁铁6上设置橡胶层13时，两块条形磁铁对V型磁铁6和橡胶层13形成的整体结构产生向上的排斥力的合力与该整体结构的重力大小相等，方向相反。

本实用新型的V型磁铁6可以由长方体状的条形磁铁加工而成，将长方体状的条形磁铁的一组对面加工成对称的倾斜面(如图15)，及形成本实用新型所需的V型磁铁6。

如图14，由于磁铁周围会产生磁场，同名磁极互相排斥，异名磁场互相吸引。两个磁极互相靠近时，“相触”的磁场同向则相斥、逆向则相吸。由于磁力线之间并不存在互相交差的机会，因此相互逆向的磁场会由于互相吸引的原因而“拼接”起来,而“拼接”后的磁场又会由于磁场的同向相斥的原因而鼓起，也就形成了磁感线。

在本实用新型的塔尺中，两侧的两块条形磁铁14对V型磁铁6的倾斜面分别施加斜向上的排斥力，排斥力分别为F_NN和F_SS，F_NN和F_SS的合力与V型磁铁6和橡胶层13形成的整体结构的重力G大小相等，方向相反，即F_合＝G，从而使V型磁铁6能够在悬浮于两块条形磁铁14之间。

如图1所示，结合图2、图3、图7至图9，本实用新型的自测塔尺在测量隧道边仰坡地表沉降时：

先将自测塔尺通过固定装置固定在已经在检测位置埋设好的测量基座12上，再将V型磁铁6调整至预设的初始位置即可对隧道边仰坡地表沉降进行测量；当V型磁铁6相对于其初始位置向上移动，则表明该检测点上升，V型磁铁6的位移量则为该检测点的上升量；当V型磁铁6相对于其初始位置向下移动，则表明该检测点下沉，V型磁铁6的位移量则为该检测点的下沉量，当V型磁铁6位移量为零时，则表明检测点既没有下沉也没有上升。

V型磁铁6调整至预设的初始位置时，当V型磁铁6的实际位置处于初始位置以上时，通过不导磁的复位杆缓慢向下推V型磁铁6，当指针3指向标尺上V型磁铁6对应的初始位置时，停止推动，抽出复位杆；

当V型磁铁6的实际位置处于初始位置以下时，通过导磁或者磁性的复位杆先与V型磁铁6相互吸附，将V型磁铁6提升至最顶端，抽出导磁或者磁性的复位杆；再通过不导磁的复位杆缓慢向下推V型磁铁6，当指针3指向标尺上V型磁铁6对应的初始位置时，停止推动，抽出复位杆。

实施例

如图3以及图7至图9，在自测塔尺2的外壳前部，在条形孔两侧分别设置标尺。根据隧道施工过程中二衬预留变形量的大小，将标尺的量程范围规定为+30cm～-15cm。同时设定标尺的最小分度值是1mm。这样设计考虑实际情况。避免不必要的材料浪费。同时读数更加方便。

塔尺底部固定座2.5与用于固定自测塔尺的测量基座12通过膨胀螺栓连接。该膨胀螺栓的主要作用是将整个自测塔尺2和测量基座12紧密连接，同时具有使自测塔尺2相对于测量基座12有一定的旋转角度。能够避免自测塔尺在安装过程中由于用力过大导致自测塔尺2不能旋转。

导杆5采用硬质塑料圆杆，其表面要光滑。同时，导杆5的直径比套孔4直径小2～3mm，以保证V型磁铁和导杆5之间能够自由流畅地相对移动。当本实用新型的自测塔尺2与和标准的测量基座12连接完成后，导杆5处于竖直状态，除了V型磁铁外，自测塔尺2的其它部件均通过测量基座12与地表相连成为一体。此时地表只要有任何的沉降变化，自测塔尺2上处V型磁铁6以外的部件都会随着地表进行同步的变化，而V型磁铁6仍然保持稳定地静止状态。这时可根据V型磁铁6上的指针3指向的自测塔尺2标尺上的刻度，就能够清楚知道此时地表的沉降变化量。

本实施例的自测塔尺的工作过程如下：

结合图13和图10所示，该自测塔尺在使用时，先将膨胀螺栓的下端插入测量基座12中用电钻在测量基座12上打好的钻孔内，钻孔尽量做到竖直状态，然后将膨胀螺栓锁紧。接着将自测塔尺2塔尺底部固定座2.5和膨胀螺母9的顶端对中，见图11。通过调节上部螺母10可以很方便的将自测塔尺2旋转至方便观测的位置。这样既方便安装又方便测量人员进行数据读取和记录。

自测塔尺2和测量基座12安装结束后，结合图12和图2的示意图，对自测塔尺进行V型磁铁6的复位。将复位杆11穿过图2中示意的复位孔1进行复位。具体操作为：将复位杆11通过复位孔1插入到自测塔尺的外壳内，根据图7所示，将V型磁铁上的磁针复位至标尺上的零刻度处。此时整个自测塔尺即安装和调试完毕。即可进行隧道边仰坡地表的监测。

当隧道边仰坡地表沉降监测结束后，此时只需将自测塔尺下部(见图11)的上部螺母10进行拆卸。即可完成整个自测塔尺的拆卸工作。其中膨胀螺栓由于固定于测量基座12中不便拆解，且造价过低，所以可不进行拆解。此时整个装置的安装、调试、拆解工作即为完成。

本实用新型用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，待该测量地表测量完毕后，可拆卸运转，投入下一个待测新的隧道边仰坡地表沉降，因此可实现循环使用，符合工程经济性的要求。

本实用新型的自测塔尺集传统测量工具的需求为一体，具有操作简便，既经济又安全实用，采用本实用新型的自测塔尺能够有效地解决目前隧道边仰坡地表测量由于人员因素的影响造成测量误差或者地势、天气等其他原因造成测量困难和测量误差等问题。

Claims (9)

1.一种用于测量隧道边仰坡地表沉降的自测塔尺，其特征在于，包括导杆(5)、条形磁铁(14)、V型磁铁(6)、标尺和固定装置，导杆(5)竖直设置并与固定装置固定连接，V型磁铁(6)的顶角向下，V型磁铁(6)的中部沿竖直方向开设有套孔(4)，V型磁铁(6)通过套孔(4)套在导杆(5)上，且能沿导杆(5)上下自由移动；条形磁铁(14)设置两块且均固定在固定装置上，两块条形磁铁(14)正对，对称分布于导杆(5)两侧，且均沿竖直方向设置，两块条形磁铁(14)分别位于V型磁铁(6)朝下的两个侧面的两侧，条形磁铁(14)与V型磁铁(6)朝下且与该条形磁铁(14)相邻的侧面的磁极相同，两块条形磁铁对V型磁铁(6)产生向上的排斥力的合力与V型磁铁(6)的重力大小相等，方向相反；标尺固定于固定装置上，标尺沿竖直方向设置有刻度，V型磁铁(6)上设置有与该标尺相适配用于显示V型磁铁相对位置的指针(3)。

2.根据权利要求1所述的自测塔尺，其特征在于，所述固定装置包括塔尺顶部固定板(2.2)、塔尺底部固定座(2.5)和外壳，导杆(5)、条形磁铁(14)和V型磁铁(6)均设置在外壳的内腔，塔尺顶部固定板(2.2)和塔尺底部固定座(2.5)设置在外壳的顶部和底部，导杆(5)的两端分别与塔尺顶部固定板(2.2)和塔尺底部固定座(2.5)连接；两块条形磁铁(14)的上下两端分别与塔尺顶部固定板(2.2)和塔尺底部固定座(2.5)固定连接，或者两块条形磁铁(14)固定在外壳上；外壳在一个侧壁沿竖直方向开设有条形孔，标尺沿条形孔设置。

3.根据权利要求2所述的自测塔尺，其特征在于，还包括复位杆(11)，塔尺顶部固定板(2.2)上开设有复位孔(1)，复位杆(11)能够从复位孔(1)伸入外壳内来调整V型磁铁(6)的初始位置。

4.根据权利要求3所述的自测塔尺，其特征在于，塔尺顶部固定板(2.2)上开设两个复位孔(1)，复位杆(11)设置两支，其中一支不导磁，另一只导磁或为磁性杆。

5.根据权利要求2所述的自测塔尺，其特征在于，塔尺底部固定座(2.5)与用于固定自测塔尺的测量基座(12)通过膨胀螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的自测塔尺，其特征在于，所述V型磁铁(6)上设有橡胶层(13)，橡胶层(13)设置在V型磁铁(6)的上顶面，作为V型磁铁(6)的配重，当V型磁铁(6)上设置橡胶层(13)时，两块条形磁铁对V型磁铁(6)和橡胶层(13)形成的整体结构产生向上的排斥力的合力与该整体结构的重力大小相等，方向相反。

7.根据权利要求1所述的自测塔尺，其特征在于，标尺上的刻度范围为+30cm～-15cm。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的自测塔尺，其特征在于，导杆(5)、标尺和固定装置均是非磁性的。

9.根据权利要求1所述的自测塔尺，其特征在于，导杆(5)为硬质塑料圆杆。