CN216745951U - 一种盾构隧道位移监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种盾构隧道位移监测设备。该监测设备包括：驱动机构，固定安装于隧道监测点处；反光片，安装在隧道稳定围岩内壁上；激光发射器，设置在所述驱动机构上，所述驱动机构能够带动所述激光发射器相对所述反光片沿第一方向移动并绕第二方向转动，以使所述激光发射器对准所述反光片；测量机构，用于对所述激光发射器的移动距离和转动角度进行测量；其中，所述第一方向是指与隧道轴线垂直的水平方向，所述第一方向与所述第二方向平行。该盾构隧道位移监测设备具有操作方便，监测成本低的优点。

Description

一种盾构隧道位移监测设备

技术领域

本实用新型属于隧道监测技术领域，尤其涉及一种盾构隧道位移监测设备。

背景技术

近年来，盾构隧道在我国尤其是城市地铁工程中得到越来越广泛的应用，在盾构隧道施工过程中，为了保证施工的安全性，盾构隧道变形是需要重点关注的问题之一。盾构隧道变形监测共分为接触测量和非接触测量两类，采用接触测量时，隧道内立水准尺及悬挂钢尺困难，且隧道内照面较弱，不便于操作。采用非接触测量时，全站仪及水准仪的测量范围有限，且人工工作量较大，耗时长，效率低。且全站仪、水准仪等价格较贵，测量成本高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种操作方便、监测成本低的盾构隧道位移监测设备。

为此，本实用新型实施例一方面提供的盾构隧道位移监测设备，包括：

驱动机构，固定安装于隧道监测点处；

反光片，安装在隧道稳定围岩内壁上；

激光发射器，设置在所述驱动机构上，所述驱动机构能够带动所述激光发射器相对所述反光片沿第一方向移动并绕第二方向转动，以使所述激光发射器对准所述反光片；

测量机构，用于对所述激光发射器的移动距离和转动角度进行测量；

其中，所述第一方向是指与隧道轴线垂直的水平方向，所述第一方向与所述第二方向平行。

具体的，所述驱动机构包括固定安装在隧道监测点处的伸缩杆以及设置于所述伸缩杆上的转动杆，所述激光发射器固定安装在所述转动杆上，所述伸缩杆的伸缩方向与所述第一方向重合，所述转动杆的转动轴线与所述第二方向重合。

具体的，所述转动轴线位于所述隧道监测点所在的隧道断面内。

具体的，所述测量机构包括设置在所述伸缩杆上的长度刻度尺以及设置于所述转动杆上的角度刻度尺。

具体的，所述驱动机构沿着隧道周向均匀布置多个，每个所述驱动机构上均设有一个所述激光发射器，所述反光片固定安装在所述隧道稳定围岩的拱顶处。

具体的，所述伸缩杆通过膨胀螺丝固定安装在隧道监测点处的岩壁上。

本实用新型实施例另一方面提供的盾构隧道位移监测方法，采用上述盾构隧道位移监测设备进行监测，包括如下步骤：

步骤一、确定待测断面及监测点布设坐标；

步骤二、在监测点处安装驱动机构，并将激光发射器安装在驱动机构上；

步骤三、调整激光发射器，使其发出的激光对准反光片中心，若盾构隧道变形，则激光偏离反光片中心，利用驱动机构带动激光发射器沿第一方向移动并绕第二方向转动，对激光发射器的位置进行调整，使激光再次对准反光片中心，并利用测量机构对激光发射器的移动距离和转动角度进行测量，即可基于变形前后移动距离以及转动角度的变化值，利用以下公式计算出该监测点处隧道的水平和竖向位移值：

Δx＝l₁-l₂

其中，Δx为监测点的水平位移值，l₁为变形前激光发射器的移动距离，l₂为变形后激光发射器的移动距离。

Δy＝d(sinθ₁-sinθ₂)

其中，Δy为监测点的竖向位移值，d为监测点到反光片的水平距离，θ₁为变形前激光发射器的转动角度，θ₂为变形后激光发射器的转动角度。

与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例具有如下有益效果：在监测开始前通过调整激光发射器的位置，使激光发射器发射的激光对准反光片中心，若盾构隧道变形，则激光偏离反光片中心，重新调整激光发射器位置，让激光重回中心，基于所测得变形前后激光发射器调整过程中移动距离与转动角度的变化值，即可计算出该监测点的水平及竖向位移值，不仅操作方便，可以对隧道进行长期监测，而且降低监测成本也大幅度降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的盾构隧道位移监测设备安装位置示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的驱动机构结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的盾构隧道位移监测设备监测原理示意图；

其中：1、驱动机构；101、伸缩杆；102、转动杆；2、反光片；3、激光发射器；4、长度刻度尺；5、角度刻度尺；6、阻尼沉孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1和图2，一种盾构隧道位移监测设备，包括驱动机构1、反光片2、激光发射器3和测量机构，驱动机构1固定安装于隧道的不稳定围岩的监测点处，反光片2安装在隧道的稳定围岩内壁上，激光发射器3设置在驱动机构1上，驱动机构1能够带动激光发射器3相对反光片2沿第一方向移动并绕第二方向转动，以使激光发射器3对准反光片2，测量机构则用于对激光发射器3的移动距离和转动角度进行测量，其中，第一方向是指与隧道轴线垂直的水平方向，第一方向与第二方向平行。

本实施例中，在监测开始前通过驱动机构1调整激光发射器3的位置，使激光发射器3发射的激光对准反光片2中心，若盾构隧道变形，则激光偏离反光片2中心，通过驱动机构1重新调整激光发射器3位置，让激光重回中心，则基于测量机构所测变形前后激光发射器3调整过程中移动距离与转动角度的变化值，即可计算出该监测点的水平及竖向位移值，整个监测设备不仅结构简单，操作方便，可以对隧道进行长期监测，而且相比全站仪测量，监测成本也大幅度降低。

在一些实施例中，驱动机构1包括固定安装在隧道监测点处的伸缩杆101以及设置于伸缩杆101上的转动杆102，激光发射器3固定安装在转动杆102上，伸缩杆101的伸缩方向与第一方向重合，转动杆102的转动轴线与第二方向重合，这样的设计，使得推拉伸缩杆101以及转动转动杆102，即可实现激光发射器3位置的便捷调整。

在另一些实施例中，测量机构包括设置在伸缩杆101上的长度刻度尺4以及设置于转动杆102上的角度刻度尺5，通过长度刻度尺4可以对伸缩杆101的伸缩调整距离进行精确测量，通过角度刻度尺5可以对转动杆102的转动角度进行精确测量。

具体的，伸缩杆101包括固定部和可相对固定部移动的移动部，在固定部的前端设有阻尼沉孔6，移动部的一端匹配滑动安装在该阻尼沉孔6中，阻尼沉孔6的内壁上设有阻尼层(图中未示出)，通过阻尼层对移动部的移动提供阻尼力，移动部的另一端端部设有阻尼转孔，阻尼转孔的内壁上设有阻尼层，转动杆102可转动的安装在该转孔中，并通过阻尼层提供阻尼锁止力。本实施例中，伸缩杆101采用阻尼伸缩杆，转动杆102采用阻尼转杆，从而可以利用阻尼力对伸缩杆101的伸缩位置进行定位，对转动杆102的转动位置进行定位。

具体的，长度刻度尺4设置在移动部上，在固定部上设有与上述长度刻度尺4配合使用的指针(图中未示出)，角度刻度尺5设置在转动杆102的外周壁上，在移动部上设有与角度刻度尺5对应的指针(图中未示出)。

参见图1，在另一些实施例中，驱动机构1沿着隧道周向均匀布置多个，每个驱动机构1上均设有一个激光发射器3，反光片2固定安装在隧道稳定围岩的拱顶处。这样的设计，通过测量将各个激光发射器3发生的激光重新调整至对准反光片2的过程中，激光发射器3的移动距离与转动角度的变化值，即可实现多个监测点隧道变形位移的测量。

具体的，转动轴线位于隧道监测点所在的隧道断面内，伸缩杆101通过膨胀螺丝固定安装在隧道监测点处的岩壁上。

参见图2和图3，利用上述监测设备对盾构隧道位移进行监测的方法，包括如下步骤：

步骤一、确定待测断面及监测点布设坐标；

步骤二、在设计的布设部位利用电钻、膨胀螺丝安装伸缩杆101，在转动杆102上利用螺栓安装激光发射器3；

步骤三、调整激光发射器3，使其发出的激光对准反光片2中心，若盾构隧道变形，则激光偏离反光片2中心，利用伸缩杆101带动激光发射器3水平移动，利用转动杆102带动激光发射器3转动，对激光发射器3的位置进行调整，使激光再次对准反光片2中心，并利用长度刻度尺4对激光发射器3的移动距离进行测量，利用角度刻度尺5对对激光发射器3的转动角度进行测量，即可基于变形前后移动距离以及转动角度的变化值，利用以下公式计算出该监测点处隧道的水平和竖向位移值：

Δx＝l₁-l₂

其中，Δx为监测点的水平位移值，l₁为变形前激光发射器的移动距离，l₂为变形后激光发射器的移动距离。

Δy＝d(sinθ₁-sinθ₂)

其中，Δy为监测点的竖向位移值，d为监测点到反光片的水平距离，θ₁为变形前激光发射器的转动角度，θ₂为变形后激光发射器的转动角度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：采用伸缩杆+旋转杆的驱动结构，并结合配套使用的长度刻度尺和角度刻度尺，即可对激光发射器的移动距离和转动角度进行快速测量，进而换算出监测点的水平竖直位移，操作简单易懂，相比于全站仪等方法，更不容易出现人工误差，测量更精确。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种盾构隧道位移监测设备，其特征在于，包括：

驱动机构(1)，固定安装于隧道监测点处；

反光片(2)，安装在隧道稳定围岩内壁上；

激光发射器(3)，设置在所述驱动机构(1)上，所述驱动机构(1)能够带动所述激光发射器(3)相对所述反光片(2)沿第一方向移动并绕第二方向转动，以使所述激光发射器(3)对准所述反光片(2)；

测量机构，用于对所述激光发射器(3)的移动距离和转动角度进行测量；

其中，所述第一方向是指与隧道轴线垂直的水平方向，所述第一方向与所述第二方向平行。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述驱动机构(1)包括固定安装在隧道监测点处的伸缩杆(101)以及设置于所述伸缩杆(101)上的转动杆(102)，所述激光发射器(3)固定安装在所述转动杆(102)上，所述伸缩杆(101)的伸缩方向与所述第一方向重合，所述转动杆(102)的转动轴线与所述第二方向重合。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述测量机构包括设置在所述伸缩杆(101)上的长度刻度尺(4)以及设置于所述转动杆(102)上的角度刻度尺(5)。

4.根据权利要求2或3所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述转动杆(102)采用阻尼转杆。

5.根据权利要求2或3所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述伸缩杆(101)采用阻尼伸缩杆。

6.根据权利要求2或3所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述转动轴线位于所述隧道监测点所在的隧道断面内。

7.根据权利要求2或3所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述伸缩杆(101)通过膨胀螺丝固定安装在隧道监测点处的岩壁上。

8.根据权利要求2或3所述的盾构隧道位移监测设备，其特征在于：所述驱动机构(1)沿着隧道周向均匀布置多个，每个所述驱动机构(1)上均设有一个所述激光发射器(3)，所述反光片(2)固定安装在所述隧道稳定围岩的拱顶处。

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