CN216791164U - 一种隧道底部变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种隧道底部变形监测装置，该变形监测装置包括监测水平板、测点桩、测点桩弯钩、搭接套管、保护套管、测杆和监测桩测点，监测水平板水平布置，测点桩弯钩设置在监测水平板的下方，搭接套管设置在监测水平板的上方，测点桩与监测水平板垂直设置，测点桩的上部位于搭接套管内，测点桩的下部穿过监测水平板与测点桩弯钩连接，保护套管同轴地连接在搭接套管上，测杆位于保护套管内，且测杆的下部与测点桩连接，测杆与测点桩同轴布置，监测桩测点设置在测杆的上部并凸出保护套管，测点桩弯钩能带动测点桩、测杆及监测桩测点一起移动。本实用新型能深埋于隧底围岩内，用于对变形深层进行变形监测，监测数据更可靠有效。

Description

一种隧道底部变形监测装置

技术领域

本实用新型涉及隧道变形监测技术领域，具体是涉及一种隧道底部变形监测装置。

背景技术

隧道工程施工中的现场监控量测是隧道施工管理的重要组成部分,它不仅能指导施工,预报险情,确保安全,而且通过现场监测获得围岩动态的信息(数据),为修正和确定初期支护参数,混凝土衬砌支护时间提供信息依据,为完善设计与指导施工提供可靠的足够的数据。

目前国内针对复杂隧道工程不良地质段落，在监控量测方面均要求针对进行围岩及支护状态观察、拱顶下沉、周边收敛、仰拱上浮(如图12所示)等项目开展实测，其中仰拱上浮的监测对象为隧底施作完毕后，其上部仰拱及填充混凝土浇筑完毕后，在其填充表面开展的一项监测工作，旨在通过监测填充表面高程值变化进而分析下部隧底变形情况，通常采用高精度电子水准仪、全站仪进行高程测量。

众所周知，隧道变形的根本是围岩应力的一种释放现象导致，针对隧道仰拱上浮仅仅是最后的表象，其最初的变形应为从隧底下部变形开始，变形的发展加剧后必然导致隧底初支体系的失效，最后再传导至仰拱、仰拱填充，所以传统的仰拱上浮监测项目，根本上属于一种“变形体现后的表象”观测，无法实现针对隧底初支的前期、中期以及后期的“变形深层”监测要求，也就无法为复杂地质隧道的隧底、尤其是软岩大变形隧道的隧底进行有效的监测，导致对后期仰拱及填充施工的时机和稳定效果无法预判、分析。

目前行业内，国内外针对仰拱上浮监测的另一种方案为采用微压差静力水准沉降监测系统，该系统由数据采集器、基准液箱、沉降计、连通水管等组成，沿待监测线路埋设连通水管和沉降计，监测过程中保持基准液箱中的液面稳定。若监测线路发生沉降，带动连通水管发生位移，沉降计压力会发生变化，通过对比前后两次采集到的数据，计算得出线路上各点的竖向位移。微压差静力水准沉降监测系统监测精度高，且可实现一定程度上的信息化，但是其仍然是针对仰拱填充表面进行的一种“变形体现后的表象”观测；通过调研及工程实例分析，该系统目前很难适用于在隧底下部埋设，且通过多次现场设备安装试验，该设备抗初支变形干扰能力极差，且在隧底底部预埋后受混凝土施工影响，其沉降计成活率极低，联通水箱的高差限制无法满足大变形的“变形范围”，等等不足之处造成该系统在隧底埋设和后期监测试验工作以失败告终。

针对目前复杂隧道工程，在施工阶段开展隧底变形监测工作，行业内暂时无有效的成功经验可供参考，且隧底监测研究本身就是对传统的仰拱上浮监测项目这种“变形体现后的表象”观测的一种监测原则的改革。如何才能真实有效的实现针对隧底初支的前期、中期以及后期的“变形深层”监测，通过监测数据科学合理的指导后期仰拱及填充施工时机和稳定分析，必将是一个隧道变形监测技术领域的难题，急需解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可深埋隧底围岩内，针对隧底深层进行变形监测的隧道底部变形监测装置。

为了实现上述的目的，本实用新型提供的一种隧道底部变形监测装置，包括监测水平板、测点桩、测点桩弯钩、搭接套管、保护套管、测杆和监测桩测点，监测水平板水平布置，测点桩弯钩设置在监测水平板的下方，搭接套管设置在监测水平板的上方，测点桩与监测水平板垂直设置，测点桩的上部设置在搭接套管内，测点桩的下部穿过监测水平板与测点桩弯钩连接，保护套管同轴地连接在搭接套管上，测杆位于保护套管内，且测杆的下部与测点桩连接，测杆与测点桩同轴布置，监测桩测点设置在测杆的上部并凸出保护套管，测点桩弯钩能带动测点桩、测杆及监测桩测点一起移动。

由上述方案可知，通过由下至上依次设置的测点桩弯钩、测点桩、测杆和监测桩测点，测点桩弯钩可埋设在隧道底部的监测基桩内，若隧道底部发生上浮变形，使得测点桩弯钩上浮，进而带动测点桩、测杆和监测桩测点一起上浮，施工人员可在仰拱填充上方通过监测仪器监测桩测点的位置实现隧道底部的监测，本实用新型的监测装置深埋于隧道围岩内，并在隧底初支施工过程中同步安装，能针对隧道初支的前期、中期以及后期的变形进行监测，且监测数据更可靠有效。

进一步的方案是，测点桩的中部设置有第一固定环，第一固定环凸起于测点桩的外周壁；监测水平板的中部开设有安装孔，测点桩与安装孔间隙配合，第一固定环的外径大于安装孔的直径，第一固定环抵接在安装孔的上方。

由上述方案可见，通过在监测水平板上设置安装孔，测点桩的下部位于安装孔内，若隧道底部发生上浮，测点桩能相对监测水平板上移，安装孔的设置还方便在安装过程中调整测点桩的垂直度。

进一步的方案是，测点桩的两端分别与测点桩弯钩及测杆螺纹连接。

由上述方案可见，通过设置螺纹连接，方便三者的连接和安装，提高安装效率，保证连接牢固度。

进一步的方案是，保护套管的下部套设在搭接套管的外侧，保护套管和搭接套管之间密封连接；保护套管的下部内侧设置有环形凸缘和第一密封圈，环形凸缘与测杆的表面之间具有预设距离，第一密封圈密封连接在环形凸缘和搭接套管的端部之间。

由上述方案可见，通过设置环形凸缘和第一密封圈，有利于保证保护套管与搭接套管之间密封连接，防止后续浇筑混凝土时，混凝土从保护套管和搭接套管之间进入搭接套管内，进而影响测点桩在搭接套管内的自由移动。

进一步的方案是，测杆包括至少两个分节测杆，两个分节测杆可拆卸连接并同轴布置。

由上述方案可见，通过设置至少两个分节测杆连接成预设高度的测杆，一方面既方便测杆的运输和存放，另一方面还能根据不同的标高连接合适数量的分节测杆。

进一步的方案是，隧道底部变形监测装置还包括测点安装套和保护盖，测点安装套密封连接在保护套管的上部，测点安装套内开设有容纳腔，容纳腔与保护套管的内部连通，监测桩测点暴露在容纳腔内，保护盖可拆卸地盖合在容纳腔上。

由上述方案可见，通过设置测点安装套和保护盖，有利于在仰拱填充时，防止填充物进入保护套管内，进而影响监测结果的准确性，起保护监测桩测点的作用。

进一步的方案是，保护盖包括盖板、周壁、弹性卡钩和密封泡沫胶，周壁位于盖板的下方，弹性卡钩位于周壁的外侧，弹性卡钩能沿盖板的径向弹性移动，密封泡沫胶位于周壁与弹性卡钩之间。

附图说明

图1是本实用新型隧道底部变形监测装置实施例的结构图。

图2是图1中A处的放大图。

图3是图1中B处的放大图。

图4是本实用新型隧道底部变形监测装置实施例中测杆的分解图。

图5是本实用新型隧道底部变形监测装置施工方法实施例中监测基桩的示意图。

图6是图5中C处的放大图。

图7是本实用新型隧道底部变形监测装置施工方法实施例中施作隧底初期支护混凝土的示意图。

图8是图7中D处的放大图。

图9是本实用新型隧道底部变形监测装置施工方法实施例中安装保护套管和测杆的结构图。

图10是本实用新型隧道底部变形监测装置施工方法实施例中施作仰拱和仰拱填充的结构图。

图11是本实用新型隧道底部变形监测装置施工方法实施例中施作无砟轨道的结构图。

图12是现有技术中隧底围岩应力作用示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

隧道底部变形监测装置实施例

参见图1至图3，本实施例提供的隧道底部变形监测装置包括监测水平板1、测点桩2、测点桩弯钩3、搭接套管4、保护套管5、测杆6、监测桩测点7、测点安装套8和保护盖9。

监测水平板1设为矩形，监测水平板1沿水平方向布置，其上设置有水准气泡，方便监测水平板1安装时进行调平操作。监测水平板1的底面四周分别设置有下凸部，下凸部从监测水平板1的底面向下凸起，用于插入监测基桩20的混凝土内，起限制监测水平板1在水平方向上的移动。监测水平板1的中部开设有安装孔11，安装孔11贯穿监测水平板1的厚度方向。

测点桩弯钩3设置在监测水平板1的中部下方并与监测水平板1相距预设距离，测点桩弯钩3的自由端和连接端均朝上布置，且在测点桩弯钩3的连接端上设置有第一螺纹连接部31，第一螺纹连接部31位于安装孔11的正下方。

搭接套管4设置在监测水平板1的上方，搭接套管4与安装孔11同轴布置并相互连通，且搭接套管4的内径大于安装孔11的直径，使得搭接套管4的内表面与安装孔11之间形成有环形的止挡部。

测点桩2与监测水平板1垂直设置，测点桩2的上部设置在搭接套管4内，测点桩2的下部穿过安装孔11与测点桩弯钩3连接。具体地，测点桩2的中部设置有第一固定环21，第一固定环21沿测点桩2的周向凸起于测点桩2的外周壁，第一固定环21的外径大于安装孔11的直径，且小于搭接套管4的内径。测点桩2与安装孔11间隙配合，且第一固定环21抵接在安装孔11的上方，即第一固定环21与止挡部抵接，使得测点桩2能向上移动，而不能向下移动；当然，由于测点桩2与安装孔11间隙配合，在隧道底部的变形作用下，测点桩2可在搭接套管4内小角度倾斜。

测点桩2的上下两端分别与测点桩弯钩3及测杆6螺纹连接。具体地，测点桩2的下部设置有第二螺纹连接部22，第二螺纹连接部22与第一螺纹连接部31螺纹连接，在本实施例中，第一螺纹连接部31为凸起的螺纹柱，第二螺纹连接部22位螺纹凹槽。测点桩2的上部设置有第三螺纹连接部23，第三螺纹连接部23向上凸出于搭接套管4，第三螺纹连接部23与第二螺纹连接部22同轴布置。测杆6的下部设置有第四螺纹连接部65，第四螺纹连接部65与第三螺纹连接部23连接，在本实施例中，第三螺纹连接部23为凸起的螺纹柱，第四螺纹连接部65为螺纹凹槽。

保护套管5同轴地连接在搭接套管4上，且保护套管5的下部套设在搭接套管4的外侧。保护套管5的下部内侧设置有环形凸缘51和第一密封圈52，环形凸缘51从保护套管5的内侧面向保护套管5的中心凸起，用于与搭接套管4的上端部连接，以限制保护套管5向下相对搭接套管4移动，第一密封圈52密封连接在环形凸缘51和搭接套管4的上端部之间，以实现保护套管5和搭接套管4之间的密封连接，防止在隧道仰拱混凝土施作时，混凝土从保护套管5和搭接套管4之间进入搭接套管4内部，避免混凝土限制测点桩2的自由移动。

测杆6位于保护套管5内，测杆6为实心钢制杆，测杆6表面与环形凸缘51之间具有预设距离，即保护套管5与测杆6不直接接触。测杆6与测点桩2同轴布置，在竖直方向上，测杆6的顶面与保护套管5的顶面平齐。

测点安装套8密封连接在保护套管5的上部。具体地，测点安装套8包括下连接部81和上连接部82，下连接部81的外径小于上连接部82的外径，使得下连接部81和上连接部82之间形成有台阶部83，台阶部83沿水平方向延伸。下连接部81插装在保护套管5内，台阶部83与保护套管5的上端部抵接，在台阶部83和保护套管5的上端部之间设置有第二密封圈85，用于防止在施作仰拱填充时，填充物进入保护套管5内。上连接部82的内侧形成有容纳腔84，容纳腔84与保护套管5内部连通。

监测桩测点7螺纹连接在测杆6的上部并凸出保护套管5，即监测桩测点7暴露在容纳腔84内，容纳腔84的内径大于监测桩测点7的外径，方便后续监测仪器监测监测桩测点7的空间位移数据。监测仪器可采用高精度全站仪，空间位移数据包括但不限于：高度位移、水平位移、垂直度。

若隧道底部发生变形使得测点桩弯钩3移动，如测点桩弯钩3上浮时，测点桩弯钩3能带动测点桩2、测杆6以及监测桩测点7一起同步移动，因此，监测仪器通过监测监测桩测点7的空间位移数据即能实现隧道底部深层的变形监测。

为了防止在隧道施工过程中，混凝土或其它杂物进入测点安装套8内，可在测点安装套8内设置保护盖9。保护盖9可拆卸地盖合在容纳腔84上。保护盖9包括盖板91、周壁92、密封泡沫胶93和至少两个弹性卡钩94。盖板91设为与容纳腔84形状匹配的圆形，且盖板91的外径等于或略大于测点安装套8的外径，周壁92位于盖板91的下方，两个弹性卡钩94相对地布置在周壁92的外侧，且弹性卡钩94处于倒置状态，即弹性卡钩94的钩部朝上布置。密封泡沫胶93填充在周壁92和弹性卡钩94之间，密封泡沫胶93具有一定弹性，使得弹性卡钩94能沿盖板91的径向弹性移动。需要时，周壁92和弹性卡钩94均嵌入容纳腔84内，保护盖9利用弹性卡钩94的弹性卡紧在测点安装套8内。盖板91的顶面设置有吊环，方便向上打开盖板91。

在图4中，测杆6包括至少两个分节测杆61，本实施例以两个为例，每节分节测杆61长度为100cm至200cm，两个分节测杆61同轴布置，两个分节测杆61之间通过螺纹可拆卸地连接，具体地，在下的分节测杆61上设置有第五螺纹连接部62，在上的分节测杆61上设置有第六螺纹连接部63，第五螺纹连接部62与第六螺纹连接部63螺纹连接。在本实施例中，第五螺纹连接部62为凸起的螺纹柱，第六螺纹连接部63为螺纹凹槽。在每一分节测杆61的中部设置有第二固定环64，第二固定环64沿分节测杆61的周向凸出设置，第二固定环64的外径大于分节测杆61的外径，且第二固定环64的外径小于保护套管5的内径，使得第二固定环64与保护套管5的内壁之间相距预设距离。

当测点桩2沿竖直方向发生小角度倾斜时，与之连接的分节测杆61也发生倾斜，当分节测杆61发生倾斜时，第二固定环64的设置可避免分节测杆61与保护套管5直接接触，起限制分节测杆61倾斜角度的作用。

隧道底部变形监测装置的施工方法实施例

参见图5至图12，上述本实施例的隧道底部变形监测装置的施工方法包括如下步骤：

步骤一，在图5和图6中，在隧底初期支护的钢拱架10完成后，按照横向三个测点、纵向每5m一个监测断面放样监测基桩20位置，中间的监测基桩20刚好位于隧底中线上，然后架设基桩模板并采用C25混凝土进行浇筑监测基桩20。

在浇筑监测基桩20时设置监测水平板1、测点桩2、搭接套管4和测点桩弯钩3。监测水平板1水平设置在监测基桩20的顶部，且监测水平板1的上表面宜高出砼表面2mm左右。测点桩弯钩3埋设在监测基桩20内并位于监测水平板1的下方，且测点桩弯钩3的连接端刚好位于监测水平板1中部的安装孔11的正下方。搭接套管4垂直设置在监测水平板1的上方，搭接套管4内部与安装孔11连通。测点桩2与监测水平板1垂直布置，测点桩2的上部位于搭接套管4内，搭接套管4的上部和测点桩2的上部高出钢拱架10，测点桩2的下部穿过安装孔11与测点桩弯钩3的连接端连接。

步骤二，在图7和图8中，采用C25混凝土浇筑隧底初期支护30，使得监测水平板1、搭接套管4均埋设在隧底初期支护30的混凝土内，且搭接套管4的上部和测点桩2的上部要高出隧底初期支护30的混凝土的上表面。在浇筑混凝土前，可采用土工布包裹搭接套管4的上部和测点桩2的上部，防止混凝土进入搭接套管4内与测点桩2直接接触，在混凝土浇筑完成后，要及时拆除清理土工布。

步骤三，在隧底初期支护30上绑扎仰拱钢筋并安装仰拱模板。

步骤四，参见图9并结合图1，安装测杆6、保护套管5、测点安装套8、监测桩测点7及保护盖9。保护套管5与搭接套管4连接，测杆6与测点桩2连接，且测杆6位于保护套管5内，测点安装套8设置在保护套管5的上部，监测桩测点7连接在测杆6的上部，且监测桩测点7暴露在测点安装套8内，保护盖9盖合在测点安装套8上。当隧道底部发生形变时，测点桩弯钩3能带动测点桩2、测杆6及监测桩测点7同步移动。保护套管5和测杆6需按照设计仰拱填充50表面的高程对其进行控制，需保证保护盖9的顶面标高低于仰拱填充50表面标高2mm。

步骤五，参见图10，并结合图1，浇筑仰拱40和仰拱填充50，使得保护套管5和测点安装套8均埋设在仰拱40和仰拱填充50内，且要确保保护盖9能从测点安装套8上取下。在浇筑前，需采用钢筋等对保护套管5进行加固和固定，确保在仰拱40浇筑和仰拱填充50浇筑过程中，保护套管5与监测水平板1的垂直度满足设计要求，即确保保护套管5始终处于竖直状态。

待仰拱40及仰拱填充50混凝土浇筑完毕后，应及时清理保护盖9上的混凝土浮浆，并做好施工现场红油漆等显著标识。

仰拱填充50浇筑完毕后，可进行首次监测初始值的采集，首先打开保护盖9并在监测桩测点7处安装监测仪器，通过监测监测桩测点7的空间位移数据来检测隧道底部深层是否发生变形，监测仪器可采用高精度全站仪，空间位移数据包括但不限于：高度位移、水平位移、垂直度。此后，可定期对每一监测桩测点7进行监测。当然，在初期支护的前期、中期也能通过本实施例进行监测，即通过监测仪器直接检测测点桩2或测杆6的空间位移数据，以实现通过监测数据科学合理地知道后期仰拱40及仰拱填充50施工时机和稳定性分析。

需注意的是，每次监测完毕后都应及时将保护盖9盖上，做好测点的保护工作。

步骤六，参见图11并结合图1，在仰拱填充50上施作无砟轨道60。由于无砟轨道60位于仰拱填充50的中部并高出仰拱填充50的表面，在步骤五中直接将隧道中部的保护套管5换成长度较长的套管和测杆6，使其达到无砟轨道60的标高高程，或者，在施作无砟轨道60前，在无砟轨道60下方的保护套管5上搭接接长段套管70，接长段套管70与保护套管5同轴设置并连通，测点安装套8和保护盖9均位于接长段套管70的顶部，监测桩测点7位于测点安装套8内，保护盖9的顶面略低于无砟轨道60道床板601表面。

隧道底部变形监测工作宜从开始监测至无砟轨道60施工完毕，分析器整个监测周期的数据统计，当全部监测工作结束后，如不需要再进行监测，可在保护套管5中灌注自密实砂浆进行填充，如仍需要对其运营后做长期监测，需做好保护盖9的加固和固定措施。

综上可见，本实用新型的监测基桩深埋于隧底围岩内，然后在监测基桩内埋设监测水平板、测点桩和测点桩弯钩，确保了测点的稳定性；本实用新型同时随着隧道初期支护、仰拱及仰拱填充的混凝土施工，通过测杆和监测桩测点将测点引申至仰拱填充的表面，方便对监测桩测点进行空间位移数据监测；本实用新型在监测桩测点顶部设置保护盖，具有具有防水防尘防压的作用；本实用新型可在整体生命周期内实现针对隧底初期支护的前期、中期及后期的变形深层监测，彻底解决了传统的仰拱上浮监测中“变形体现后的表象”监测的弊端，监测数据可靠有效、现场实施效果极其显著。

最后需要强调的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种隧道底部变形监测装置，其特征在于：包括监测水平板、测点桩、测点桩弯钩、搭接套管、保护套管、测杆和监测桩测点，所述监测水平板水平布置，所述测点桩弯钩设置在所述监测水平板的下方，所述搭接套管设置在所述监测水平板的上方，所述测点桩与所述监测水平板垂直设置，所述测点桩的上部设置在所述搭接套管内，所述测点桩的下部穿过所述监测水平板与所述测点桩弯钩连接，所述保护套管同轴地连接在所述搭接套管上，所述测杆位于所述保护套管内，且所述测杆的下部与所述测点桩连接，所述测杆与所述测点桩同轴布置，所述监测桩测点设置在所述测杆的上部并凸出所述保护套管，所述测点桩弯钩能带动所述测点桩、所述测杆及所述监测桩测点一起移动。

2.根据权利要求1所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述测点桩的中部设置有第一固定环，所述第一固定环凸起于所述测点桩的外周壁；

所述监测水平板的中部开设有安装孔，所述测点桩与所述安装孔间隙配合，所述第一固定环的外径大于所述安装孔的直径，所述第一固定环抵接在所述安装孔的上方。

3.根据权利要求1所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述测点桩的两端分别与所述测点桩弯钩及所述测杆螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述保护套管的下部套设在所述搭接套管的外侧，所述保护套管和所述搭接套管之间密封连接；

所述保护套管的下部内侧设置有环形凸缘和第一密封圈，所述环形凸缘与所述测杆的表面之间具有预设距离，所述第一密封圈密封连接在所述环形凸缘和所述搭接套管的端部之间。

5.根据权利要求1所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述测杆包括至少两个分节测杆，两个所述分节测杆可拆卸连接并同轴布置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述隧道底部变形监测装置还包括测点安装套和保护盖，所述测点安装套密封连接在所述保护套管的上部，所述测点安装套内开设有容纳腔，所述容纳腔与所述保护套管的内部连通，所述监测桩测点暴露在所述容纳腔内，所述保护盖可拆卸地盖合在所述容纳腔上。

7.根据权利要求6所述的隧道底部变形监测装置，其特征在于：

所述保护盖包括盖板、周壁、弹性卡钩和密封泡沫胶，所述周壁位于所述盖板的下方，所述弹性卡钩位于所述周壁的外侧，所述弹性卡钩能沿所述盖板的径向弹性移动，所述密封泡沫胶设置在所述周壁与所述弹性卡钩之间。

Images