CN210154573U - 一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其包括传感系统，所述传感系统与采集传输系统连接，所述传感系统用于实时监测地表沉降变形量并将监测数据发送至采集传输系统，所述采集传输系统用于采集监测数据并将数据发送至远程终端；所述传感系统包括安装在隧道地表上的固定支架和设置在固定支架上端的传感器机箱，在传感器机箱底部连接有外部感应线，所述外部感应线下端与地表监测点b连接；所述采集传输系统包括与传感器机箱连接的机箱和与机箱连接的供电系统。本实用新型结构简单，使用便捷，能够及时有效地采集隧道地表沉降变形位移，精准地监测隧道地表沉降变化数据，实现实时监测预警且监测成本低廉。

Description

一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置

技术领域

本实用新型涉及一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，属于隧道制造及监测设备技术领域。

背景技术

在隧道施工过程中，隧道浅埋段、拱顶采空区段、邻近重要建构筑物段均要进行地表沉降观测。目前，主要采用全站仪、水准仪、测量机器人，以及人工巡视方法进行观测，需要大量的人力和物力，成本较高，并且其观测方法需设置固定参考点、受人为操作影响，不能做到及时监测预警、检测精确度低。于此，亟待提供一种能够做到数据及时采集、分析预警且可有效地降低监测成本的自动监测预警装置。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，可以克服现有技术的不足。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，它设置在隧道上方的隧道地表上，包括传感系统，所述传感系统与采集传输系统连接，所述传感系统用于实时监测地表沉降变形量并将监测数据发送至采集传输系统，所述采集传输系统用于采集监测数据并将数据发送至远程终端；所述传感系统包括固定支架，固定支架下端与隧道地表固连，上端设有传感器机箱，在传感器机箱底部连接有外部感应线，所述外部感应线下端与隧道地表上的地表监测点b连接，用于监测地表沉降变形量；所述传感器机箱通过导线与采集传输系统连接；所述采集传输系统包括机箱和与之连接的供电系统。

前述固定支架呈对设置，两固定支架下端通过混凝土浇筑基础固定，在两固定支架上端之间设有横向支架线，传感器机箱通过固定螺栓固定在横向支架线上，并且导线沿横向支架线依次固定后与所述采集传输系统连接。

前述固定支架包括至少两根竖杆和固连在竖杆顶端的三角架，所述竖杆采和三角架均为∅32螺纹钢筋焊接组成；两固定支架的高度为1m以上，而两固定支架之间的距离不小于Ho+B，其中，Ho为隧道顶部至隧道地表的垂直高度值，B为隧道宽度值；所述横向支架线为三根设置且直径为∅15.24的钢绞线，在所述三角架的三个顶点处设有穿线环，所述横向支架线依次穿过穿线环并用固线卡衔接固定；在横向支架线上设有支架线调节螺杆，所述支架线调节螺杆用于调节横向支架线的长度，使横向支架线拉直。

前述传感器机箱包括伸缩拉绳位移传感器和与之连接的内部传感引线，所述内部传感引线通过接线器与外部感应线连接；在传感器机箱内设有封闭式上下滑轮组，上下滑轮组用于外部感应线的导向及牵引，其上滑轮上设有配重铅锤，所述外部感应线穿过上下滑轮组与配重铅锤的拉线缠绕在一起，并通过固线器固定在隧道地表的地表沉降监测点b上。

前述伸缩拉绳位移传感器为一件以上分布在测量范围F内，所述测量范围F为隧道两侧道路表面与隧道地表呈45度连线范围内，并且在隧道中线4m范围内以1m~2m的间距进行安装布置，其余以2m～5m的间距进行安装布置。

前述伸缩拉绳位移传感器与钢卷尺交错布置在测量范围F内。

前述外部感应线的直径为内部传感引线的1~1.5倍；所述外部感应线预拉伸后垂直固连在地表监测点b上，并且其预拉伸量为8~10cm。

前述配重铅锤的重量为0.25~0.3kg。

前述机箱包括无线传输DTU和与之连接的多通道采集仪、中继器、继电器；所述无线传输DTU、多通道采集仪、中继器和继电器均与供电系统连接；所述无线传输DTU与设置在机箱顶部的报警器及远程终端连接；所述供电系统包括通过电路连接在一起的电池、充放电控制器和整流器，所述充放电控制器和电池与外接电源连接，所述外接电源为市电或太阳能供电系统。

在距离前述机箱、太阳能供电系统不小于2m处设有防雷系统。

与现有技术比较，本实用新型公开了一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其包括传感系统，所述传感系统与采集传输系统连接，所述传感系统用于实时监测地表沉降变形量并将监测数据发送至采集传输系统，所述采集传输系统用于采集监测数据并将数据发送至远程终端；所述传感系统包括安装在隧道地表上的固定支架和设置在固定支架上端的传感器机箱，在传感器机箱底部连接有外部感应线，所述外部感应线下端与地表监测点b连接；所述采集传输系统包括与传感器机箱连接的机箱和与机箱连接的供电系统。其采用固定线牵引不动点的隧道地表沉降监测方案，监测时，根据隧道地表变形范围安装固定支架，并将传感器机箱固定在固定支架上，其底部的外部感应线与沉降监测点b垂直连接，通过外部感应线实时监测测量点的沉降量，最后将沉降数据传递到机箱，进行报警并发送远程终端，进而实现数据实时采集、传输、分析和预警。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，装置安装简单、使用便捷，成本低廉，可长期监测和短期监测，实现自动化实时监测，能够及时有效地采集隧道地表沉降变形位移，精准地监测隧道地表沉降变化数据、可掌握隧道断面沉降变化规律，实现实时监测预警且有效地降低监测成本；传感器机箱的感应原件为伸缩式拉绳位移计，其精度可达到0.1mm，满足隧道地表下沉项目测量要求。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2是图1中传感器机箱的结构示意图。

图3是图1中传感器机箱的安装结构示意图。

图4是图1中横向支架线的安装结构示意图。

图5是图1中机箱的结构示意图。

图6是本实用新型的布置结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1~图6所示，一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，它设置在隧道13上方的隧道地表11上，包括传感系统，传感系统与采集传输系统连接，所述传感系统用于实时监测地表沉降变形量并将监测数据发送至采集传输系统，所述采集传输系统用于采集监测数据并将数据发送至远程终端；所述传感系统包括固定支架5，固定支架5下端与隧道地表11固连，上端设有传感器机箱1，在传感器机箱1底部连接有外部感应线2，所述外部感应线2下端与隧道地表11上的地表监测点b连接，用于监测地表沉降变形量，所述传感器机箱1通过导线7与采集传输系统连接；所述采集传输系统包括机箱8和与之连接的供电系统。

所述固定支架5呈对设置，两固定支架5下端通过混凝土浇筑基础12固定，在两固定支架5上端之间设有横向支架线3，传感器机箱1通过固定螺栓20固定在横向支架线3上，并且导线7通过固定线螺栓21固定在横向支架线3上；所述传感器机箱1为一件以上设置，包括伸缩拉绳位移传感器14和与之连接的内部传感引线15，所述内部传感引线15通过接线器16与外部感应线2连接；在传感器机箱1内设有封闭式上下滑轮组17，上下滑轮组17用于外部感应线2的导向及牵引，其上滑轮上设有配重铅锤18，所述配重铅锤18用于调节外部感应线2的抗风干扰，配重铅锤18的重量为0.25~0.3kg，所述外部感应线2穿过上下滑轮组17与配重铅锤18的拉线缠绕在一起，并通过固线器19固定在隧道地表11的地表沉降监测点b上。

所述固定支架5包括至少两根竖杆和固连在竖杆顶端的三角架，所述竖杆采和三角架均用∅32螺纹钢筋焊接制作，呈对设置的两固定支架5之间的距离不小于Ho+B，其中，Ho为隧道13顶部至隧道地表11的垂直高度值，B为隧道13宽度；两固定支架5的高度为1m以上，保证安装在其上的伸缩拉绳位移传感器14的量程不小于1m。

地表沉降监测点b的测量范围F为隧道13两侧道路表面与隧道地表11呈45度连线范围内，在此范围内监测点b的横向分布间距宜为2m～5m，故所述伸缩拉绳位移传感器14以2m～5m的间距进行安装布置，在相对隧道中线4m范围内监测点b应适当加密，优选为1m~2m。

并且，地表沉降监测点b可采用伸缩拉绳位移传感器14和钢卷尺交错布置的方式，可优势互补和降低成本。

所述横向支架线3为三根设置且采用直径为∅15.24的钢绞线制作，在固定支架5三角架的三个顶点处设有穿线环6，所述横向支架线3依次穿过穿线环6并用固线卡22衔接固定；在横向支架线3上设有支架线调节螺杆4，所述支架线调节螺杆4用于调节横向支架线3的长度，将横向支架线3拉直，调节时拉直即可，不应过度张拉。

所述外部感应线2不应太粗，具体地，所述外部感应线2的直径宜为内部传感引线15的1~1.5倍；所述外部感应线2与地表监测点b保持在同一直线上，安装时应进行预拉伸，预拉伸量为8~10cm。

所述机箱8包括多通道采集仪24、无线传输DTU27、中继器26、继电器29和与各部件连接的供电系统；所述多通道采集仪24的信号输入接口通过导线7与传感器机箱的伸缩拉绳位移传感器14连接，信号输出接口与无线传输DTU27连接，所述无线传输DTU27与设置在箱体顶部的报警器30及远程终端连接，所述中继器26与无线传输DTU27连接，用于无线传输DTU27的无线信号放大，实现通过无线网络精准将多通道采集仪24采集的数据传输到远程终端；所述继电器29设置在无线传输DTU27与报警器30之间的连接电路上，所述无线传输DTU27与远程终端实现信息交互，接受远程终端的控制指令、超限时触发继电器29使报警器30发出警报；所述供电系统包括通过电路相互连接的电池23、充放电控制器25和整流器28，所述电池23通过充放电控制器25与外接电源31连接，所述整流器28用于将电流整合成上述各部件所需要的工作电源；所述充放电控制器25用于调节外接电源31提供的电压，使其对电池23充电和放电并将电源按要求输送给整流器28。

所述外接电源31为市电或太阳能供电系统9，采用太阳能供电，更加节能环保。

在距离所述机箱8、太阳能供电系统9不小于2m处设有防雷系统10。

安装时，在隧道开挖前安装好监测预警装置，采用理论计算法、数值模拟，或经验确定出隧道地表可能发生沉降变形的范围；所述固定支架5、机箱8、太阳能供电系统9、防雷系统10安装在稳定地层上，通过混凝土浇筑基础12固定；所述固定支架5应在混凝土凝固后才能安装横向支架线3，一般凝固时间不应小于5~7天，安装时应进行检测。

在远程终端设置沉降报警值，所述沉降报警值以累计值和变化值进行设置，并制定红、橙、黄、蓝警级。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种公路隧道地表沉降自动监测预警装置，它设置在隧道（13）上方的隧道地表（11）上，其特征在于：包括传感系统，所述传感系统与采集传输系统连接，所述传感系统用于实时监测地表沉降变形量并将监测数据发送至采集传输系统，所述采集传输系统用于采集监测数据并将数据发送至远程终端；所述传感系统包括固定支架（5），固定支架（5）下端与隧道地表（11）固连，上端设有传感器机箱（1），在传感器机箱（1）底部连接有外部感应线（2），所述外部感应线（2）下端与隧道地表（11）上的地表监测点b连接，用于监测地表沉降变形量；所述传感器机箱（1）通过导线（7）与采集传输系统连接；所述采集传输系统包括机箱（8）和与之连接的供电系统。

2.根据权利要求1所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述固定支架（5）呈对设置，两固定支架（5）下端通过混凝土浇筑基础（12）固定，在两固定支架（5）上端之间设有横向支架线（3），传感器机箱（1）通过固定螺栓（20）固定在横向支架线（3）上，并且导线（7）沿横向支架线（3）依次固定后与所述采集传输系统连接。

3.根据权利要求2所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述固定支架（5）包括至少两根竖杆和固连在竖杆顶端的三角架，所述竖杆采和三角架均为∅32螺纹钢筋焊接组成；两固定支架（5）的高度为1m以上，而两固定支架（5）之间的距离不小于Ho+B，其中，Ho为隧道（13）顶部至隧道地表（11）的垂直高度值，B为隧道（13）宽度值；所述横向支架线（3）为三根设置且直径为∅15.24的钢绞线，在所述三角架的三个顶点处设有穿线环（6），所述横向支架线（3）依次穿过穿线环（6）并用固线卡（22）衔接固定；在横向支架线（3）上设有支架线调节螺杆（4），所述支架线调节螺杆（4）用于调节横向支架线（3）的长度，使横向支架线（3）拉直。

4.根据权利要求1所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述传感器机箱（1）包括伸缩拉绳位移传感器（14）和与之连接的内部传感引线（15），所述内部传感引线（15）通过接线器（16）与外部感应线（2）连接；在传感器机箱（1）内设有封闭式上下滑轮组（17），上下滑轮组（17）用于外部感应线（2）的导向及牵引，其上滑轮上设有配重铅锤（18），所述外部感应线（2）穿过上下滑轮组（17）与配重铅锤（18）的拉线缠绕在一起，并通过固线器（19）固定在隧道地表（11）的地表沉降监测点b上。

5.根据权利要求4所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述伸缩拉绳位移传感器（14）为一件以上分布在测量范围F内，所述测量范围F为隧道（13）两侧道路表面与隧道地表（11）呈45度连线范围内，并且在隧道中线4m范围内以1m~2m的间距进行安装布置，其余以2m～5m的间距进行安装布置。

6.根据权利要求5所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述伸缩拉绳位移传感器（14）与钢卷尺交错布置在测量范围F内。

7.根据权利要求4所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述外部感应线（2）的直径为内部传感引线（15）的1~1.5倍；所述外部感应线（2）预拉伸后垂直固连在地表监测点b上，并且其预拉伸量为8~10cm。

8.根据权利要求4所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述配重铅锤（18）的重量为0.25~0.3kg。

9.根据权利要求1所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：所述机箱（8）包括无线传输DTU（27）和与之连接的多通道采集仪（24）、中继器（26）、继电器（29）；所述无线传输DTU（27）、多通道采集仪（24）、中继器（26）和继电器（29）均与供电系统连接；所述无线传输DTU（27）与设置在机箱（8）顶部的报警器（30）及远程终端连接；所述供电系统包括通过电路连接在一起的电池（23）、充放电控制器（25）和整流器（28），所述电池（23）通过充放电控制器（25）与外接电源（31）连接，所述外接电源（31）为市电或太阳能供电系统（9）。

10.根据权利要求9所述的公路隧道地表沉降自动监测预警装置，其特征在于：在距离所述机箱（8）、太阳能供电系统（9）不小于2m处设有防雷系统（10）。

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