专利名称：一种隧道施工期间周边位移监控量测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩土工程监控量测系统，特别是涉及一种隧道与地下工程、矿山巷道稳定性现场监测中的周边位移量测系统。
背景技术：
根据隧道新奥法施工的基本原理，常把光面爆破、锚喷支护和监控量测称为新奥法施工的三大要素。隧道监控量测可以在隧道施工过程中，对围岩和支护系统的受力情况以及它们之间的力学关系进行动态监测，通过对监控量测数据结果的分析来判断围岩和隧道的稳定性以及应力应变状态，并由此来保证施工安全、指导施工顺序、进行施工管理、提 供设计信息，评定围岩动态的稳定情况和支护系统的可靠程度，从而确立开挖方法及二次衬砌支护时间。监控量测是新奥法施工的核心，所以开展好现场监控量测工作对保证隧道施工质量和安全至关重要。在新奥法施工中，隧道周边位移是隧道监控量测的必测项目，也是隧道围岩应力状态变化的最直观反映。即时精确监测隧道周边位移，同时根据已测位移准确预测其动态发展趋势是及时了解隧道围岩结构的稳定状态进而有效控制其稳定性的重要手段。隧道周边位移主要包括拱顶下沉、底板上拱、侧壁挤入。目前运用于测试隧道周边位移的仪器设备主要是收敛计，而当前收敛计易出现生锈、拉裂、弯折等情况。此外，收敛计内导杆上的刻度线与向套上的刻度线重合时，不同的操作者有不同的读数，甚至同一操作者前后读数都不一样，从而导致测量误差较大。为了克服已有收敛计挂尺困难、读数误差大、测量可靠度低以及易损坏的缺陷，设计了本发明专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种挂尺方便、测量准确、数据可靠、量测数据可以自动存储、背光显示、边墙测点挂钩防破坏以及重复利用的隧道施工期间周边位移监控量测系统。为了解决上述技术问题，本发明提供的隧道施工期间周边位移监控量测系统由撑起伸缩杆、拱顶测点挂钩、边墙测点挂钩和收敛计组成，所述的撑起伸缩杆顶端带有磁板；所述的拱顶测点挂钩由第一塑料套筒、安装在所述的第一塑料套筒内的第一螺纹头以及与所述的第一螺纹头连接的第一挂钩组成；所述的边墙测点挂钩由测点连接杆和与所述的测点连接杆插接的嵌入式预埋件组成，所述的测点连接杆的外端设有第二挂钩，所述的嵌入式预埋件由保护罩、第二螺纹头和第二塑料套筒组成，所述的第二螺纹头内设有断面编号传感器和与所述的断面编号传感器电连接的第一 USB接口 ；所述的收敛计上设有位移线圈感应器、位移芯棒、发条滚轮、数显装置和存储器等，所述的位移线圈感应器和位移芯棒之间设有调节螺母，所述的发条滚轮上设有发条，所述的发条连接有内含导线的带孔钢索的一端，所述的内含导线的带孔钢索的另一端连接有第一测量钩，所述的第一测量钩上设有与所述的磁板对应相吸的电磁板，所述的电磁板通过所述的内含导线的带孔钢索的导线与所述的数显装置电连接，所述的收敛计上远离所述的第一测量钩的另一端设有第二测量钩，所述的内含导线的带孔钢索上设有多个等距离钢索定位孔，每个所述的钢索定位孔孔壁设有一个距离传感器和一个拉力传感器，每个所述的距离传感器和所述的拉力传感器与所述的数显装置电连接，所述的存储器电连接有与所述的第一 USB接口插接的第二 USB接□。所述的撑起伸缩杆采用5根I. 5m长的圆杆连接而成，每根杆的外直径分别为40mm、36mm、32mm、28mm、24mm,壁厚均为2mm,搭接长度均为20cm,且其顶端带有磁板。所述的测点连接杆与所述的嵌入式预埋件的插接结构是所述的测点连接杆的内端设有四方榫，在所述的测点连接杆内设有所述的按钮和弹簧，所述的嵌入式预埋件设有与所述的四方榫插接的四方卯。所述的收敛计与所述的第二测量钩采用任意方向转动连接。·所述的数显装置包括电源开关、电磁开关、背光显示按钮、拉力传感器读数显示窗口、距离传感器读数显示窗口、位移线圈感应器与位移芯棒相对位移读数显示窗口、AB\AC\BC\DE\DC\EC测线收敛值保存按钮。所述的存储器电连接有与所述的第一 USB接口插接的第二 USB接口，两个USB接口相连可将所述的断面编号传感器记载的断面桩号传送到所述的存储器内并将现场监控量测数据保存在该断面桩号下。采用上述技术方案的隧道施工期间周边位移监控量测系统，通过调整调节螺母来控制钢索的张拉程度，而张拉程度由拉力传感器在数显装置上的窗口读数来反应，当拉力传感器窗口读数为预拉值时，即可停止张拉，这时位移线圈感应器与位移芯棒相对位移窗口读数就可得到。与此同时，整条钢索上布设有等间距定位孔，每个定位孔上的距离传感器反应该孔的位移，当定位销固定在某定位孔时，就可得到某处的位移，该处距离传感器窗口读数加上位移线圈感应器与位移芯棒相对位移窗口读数就得到该测线收敛值读数，最后通过测线收敛值按钮保存在收敛计存储器内。计算公式ALi=Si^1-Si(I)Li = ^ ALi(Z)
/=1式中，SifSi分别为第i_l、i次量测的位移量；ALi为第i次量测的收敛值A为前i次累计收敛值。本发明的优点(I)挂钩定向拱顶测点挂钩是固定的，边墙测点连接杆和嵌入式预埋件采用四方榫卯结构方式相连，也是定向固定的，减少了测线误差；(2)电磁板与撑起伸缩杆通过收敛计上电磁开关的开启与关闭来实现两块电磁板合与分，很容易完成收敛计测量钩的挂尺和收尺过程；(3)拉力传感器与数显装置测量时，采用拉力传感器在数显装置上的窗口读数来反映每次钢索的张拉程度，减少了操作者目视张拉线与刻度线重合时的测量误差，从而提闻了读数的精度；(4)位移线圈感应器与位移芯棒钢索上每隔25mm布设有等间距的定位孔，定位孔上有距离传感器，钢索上无需再划刻度线；位移芯棒全长为30mm、最小读数为O. 01mm，位移线圈感应器与位移芯棒的“零刻度线”位置是恒定的，无需每次测量前“调零”，减小了观测人员操作误差；(5)存储器与测线收敛值保存按钮量测时，两个U S B接口相连可将断面编号传感器记载的断面桩号传送到存储器内并将现场监控量测数据保存在该断面桩号下，无需现场记录；(6)边墙测点连接杆测量时可将测点连接杆与嵌入式预埋件相连，无需测量时卸下，有效防止测点被爆破飞石或铲车、除渣车破坏；(7)边墙测点预埋件隧道监测断面的量测数据已稳定，无需再量测时，嵌入式预埋件可以取出来，重复利用率高，节省成本。
图I是隧道施工期间周边位移测线布置示意图。 图2是撑起伸缩杆(伸长状态)结构示意图。图3是拱顶测点挂钩结构示意图。图4是边墙测点挂钩结构示意图。图5是收敛计结构示意图。图6是收敛计上某节钢索结构示意图。图7是收敛计数显装置结构示意图。图8是现场实施方式的具体流程图。
具体实施例方式下面结合附图，详细说明一种隧道施工期间周边位移监控量测系统。参见图I、图2、图3、图4、图5、图6和图7，隧道施工期间周边位移监控量测系统由撑起伸缩杆I、拱顶测点挂钩3、边墙测点挂钩8和收敛计22组成，撑起伸缩杆I采用5根I. 5m长的圆杆连接而成，每根杆的外直径分别为40mm、36mm、32mm、28mm、24mm,壁厚均为2_，搭接长度为20cm，撑起伸缩杆I的顶端带有磁板2 ;拱顶测点挂钩3由第一塑料套筒5、安装在第一塑料套筒5内的第一螺纹头6以及与第一螺纹头6连接的第一挂钩7组成；边墙测点挂钩8由测点连接杆9和嵌入式预埋件10组成，测点连接杆9的外端设有第二挂钩11，测点连接杆9的内端设有四方榫14，在测点连接杆9内设有按钮12和弹簧13，嵌入式预埋件10由保护罩15、第二螺纹头17和第二塑料套筒20组成，嵌入式预埋件10设有与四方榫14插接的四方卯16，第二螺纹头17内设有断面编号传感器18和与断面编号传感器18电连接的第一 USB接19 ;收敛计22上设有位移线圈感应器23、位移芯棒24、发条滚轮26、数显装置32和存储器35等，位移线圈感应器23和位移芯棒24之间设有调节螺母25，发条滚轮26上设有发条27，发条27连接有内含导线的带孔钢索28的一端，内含导线的带孔钢索28的另一端连接有第一测量钩29，第一测量钩29上设有与磁板2对应相吸的电磁板30，电磁板30通过内含导线的带孔钢索28的导线与数显装置32电连接，收敛计22的远离第一测量钩29的另一端设有第二测量钩34，收敛计22与第二测量钩34采用任意方向转动连接，内含导线的带孔钢索28上设有多个钢索定位孔36，每个钢索定位孔36孔壁设有一个距离传感器37和一个拉力传感器38，每个距离传感器37和拉力传感器38与数显装置32电连接，存储器35电连接有与第一 USB接口 19插接的第U S B接口 33，数显装置32包括电源开关39、电磁开关40、背光显示按钮41、拉力传感器读数显示窗口 42、距离传感器读数显示窗口 43、位移线圈感应器与位移芯棒相对位移读数显示窗口 44、AB\AC\BC\DE\DC\EC测线收敛值保存按钮。参见图2，带有磁板2的撑起伸缩杆I可辅助实现收敛计第一测量钩29挂尺和收尺过程。参见图3，通过拧紧拱顶测点挂钩3 —端的第一螺纹头6来挤压第一塑料套筒5使其固定在拱顶测点围岩4内。参见图4，采用四方榫卯结构方式将测点连接杆9和嵌入式预埋件10相连，通过按钮12来使其固定和卸下，从而实现边墙测点挂钩8固定为一个方向，减少前后量测时的测
线误差。参见图5，收敛计第一测量钩29和第二测量钩34分别与隧道围岩监测断面上两个测点挂钩相连，第一测量钩29和第二测量钩34可实现空间的任意方向转动，很方便收敛计22拉直绷紧，以保证收敛计22读数时数显装置32朝向操作者。收敛计22上电磁板30和数显装置32显示屏上电磁开关40采用导线连接，导线包裹在带孔钢索28内，通过调节电磁开关40的“开与关”来实现收敛计22上电磁板30和撑起伸缩杆I上磁板2的合与分。数显装置32上背光显示按钮41可方便隧道与地下昏暗环境下读数显示，无需再用手电筒对着显示屏读数。存储器35电连接有与第一 USB接19插接的第USB接口 33，两个USB接口相连可将断面编号传感器18记载的断面桩号传送到存储器35内并将现场监控量测数据保存在该断面桩号下。参见图I、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，具体的工作流程如下(I)拱顶测点埋设采用手持式冲击钻在隧道拱顶处凿孔4，将第一塑料套筒5放入其内，然后将带有第一螺纹头6的第一挂钩7与第一塑料套筒5充分拧紧，使其固定在拱顶测点围岩内，并在第一挂钩7上涂反光油漆，以利于隧道内光线昏暗情况下快速找到拱顶测点挂钩3，见图3所示；(2)边墙测点埋设同样，采用手持式冲击钻在隧道边墙处凿孔21，将第二塑料套筒20放入其内，然后将带有第二螺纹头17的嵌入式预埋件10与第二塑料套筒20充分拧紧，使其固定在边墙测点围岩内，最后将保护罩15拧紧，见图4所示；(3)拱顶测点挂尺挂尺时，将收敛计22上电源开关39、电磁开关40依次打开，撑起伸缩杆I顶端的磁板2将与收敛计22的第一测量钩29上的电磁板30相连，然后将撑起伸缩杆I伸长至第一测量钩29钩住拱顶测点的第一挂钩7，此时将电磁开关40关闭，即撑起伸缩杆I的磁板2与钢索28端部的第一测量钩29上的电磁板30分隔开，完成拱顶测点挂尺的过程；·
(4)边墙测点挂尺
挂尺时，打开边墙测点嵌入式预埋件10上的保护罩15，按住测点连接杆按钮12，同时将四方榫14插接到与之相匹配的四方卯16上，充分接触后松开按钮12，这样就使得测点连接杆9牢固在边墙围岩内，最后将收敛计22的第二测量钩34钩住第二挂钩11，完成边墙测点挂尺的过程；(5)收敛计测量读数将收敛计22上的第U S B接口 33与边墙测点嵌入式预埋件10上的第一 USB接口 19相连，这样断面编号传感器18记载的断面桩号传送到收敛计存储器35内。再者，上述两个步骤已将收敛计22上两个测量钩分别与拱顶测点挂钩3、边墙测点挂钩8相连，通过旋转调节螺母25使位移线圈感应器23与位移芯棒24之间的相对位移为25mm，转动发条滚轮26使钢索28收紧，收紧钢索28后用定位销31将其固定，然后调整调节螺母25使钢索28张拉，当数显装置32上拉力传感器读数显示窗口 42为预拉值时，就得到该测线收敛 值(收敛值=钢索定位孔距离传感器读数+位移线圈感应器与位移芯棒相对位移读数)，最后通过测线收敛值按钮保存在收敛计存储器25内；(6)测量完毕后整理数据存储后，拔掉第二 USB接口 33，打开收敛计22上的电磁开关40，撑起伸缩杆I的磁板2将与收敛计钢索28上的电磁板30相连，卸下第一测量钩29，同时转动发条滚轮26以收起收敛计钢索28，再将边墙测点连接杆9从边墙上卸下、收起，最后将保护罩15重新拧紧。
权利要求
1.一种隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于由撑起伸缩杆(I)、拱顶测点挂钩(3)、边墙测点挂钩(8)和收敛计(22)组成，所述的撑起伸缩杆(I)顶端带有磁板(2);所述的拱顶测点挂钩(3)由第一塑料套筒(5)、安装在所述的第一塑料套筒(5)内的第一螺纹头出)以及与所述的第一螺纹头(6)连接的第一挂钩(7)组成；所述的边墙测点挂钩(8)由测点连接杆(9)和与所述的测点连接杆(9)插接的嵌入式预埋件(10)组成，所述的测点连接杆(9)两端分别设有第二挂钩(11)和四方榫(14)，在所述的测点连接杆(9)内设有所述的按钮(12)和弹簧(13)，所述的嵌入式预埋件(10)包括保护罩(15)、四方卯(16)、第二螺纹头(17)和第二塑料套筒(20)，所述的第二螺纹头(17)内设有断面编号传感器(18)和与所述的断面编号传感器(18)电连接的第一 USB接口(19);所述的收敛计(22)上设有位移线圈感应器(23)、位移芯棒(24)、发条滚轮(26)、数显装置(32)和存储器(35)等，所述的位移线圈感应器(23)和位移芯棒(24)之间设有调节螺母(25)，所述的发条滚 轮(26)上设有发条(27)，所述的发条(27)连接有内含导线的带孔钢索(28)的一端，所述的内含导线的带孔钢索(28)的另一端连接有第一测量钩(29)，所述的第一测量钩(29)上设有与所述的磁板(2)对应相吸的电磁板(30)，所述的电磁板(30)通过所述的内含导线的带孔钢索(28)的导线与所述的数显装置(32)电连接，所述的收敛计(22)上远离所述的第一测量钩(29)的另一端设有第二测量钩(34)，所述的内含导线的带孔钢索(28)上设有多个等距离钢索定位孔(36)，每个所述的钢索定位孔(36)孔壁设有一个距离传感器(37)和一个拉力传感器(38)，每个所述的距离传感器(37)和所述的拉力传感器(38)与所述的数显装置(32)电连接，所述的存储器(35)电连接有与所述的第一 USB接口(19)插接的第二USB 接口(33)。
2.根据权利要求I所述的隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于所述的撑起伸缩杆(I)采用5根I. 5m长的圆杆连接而成,每根杆的外直径分别为40mm、36mm、32mm、28mm、24mm,壁厚均为2mm,搭接长度均为20c m,且其顶端带有磁板(2)。
3.根据权利要求I或2所述的隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于所述的测点连接杆(9)与所述的嵌入式预埋件(10)的插接结构是所述的测点连接杆(9)的内端设有四方榫(14)，在所述的测点连接杆(9)内设有按钮(12)和弹簧(13)，所述的嵌入式预埋件(10)设有与所述的四方榫(14)插接的四方卯(16)。
4.根据权利要求I或2所述的隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于所述的收敛计(22)与所述的第二测量钩(34)采用任意方向转动连接。
5.根据权利要求I或2所述的隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于所述的数显装置(32)包括电源开关(39)、电磁开关(40)、背光显示按钮(41)、拉力传感器读数显示窗口(42)、距离传感器读数显示窗口(43)、位移线圈感应器与位移芯棒相对位移读数显示窗口(44)、AB\AC\BC\DE\DC\EC测线收敛值保存按钮。
6.根据权利要求I或2所述的隧道施工期间周边位移监控量测系统，其特征在于所述的存储器(35)电连接有与所述的第一USB接口(19)插接的第二USB接口(33)，两个USB接口相连可将所述的断面编号传感器(18)记载的断面桩号传送到所述的存储器(35)内并将现场监控量测数据保存在该断面桩号下。
全文摘要
本发明公开了一种隧道施工期间周边位移监控量测系统，隧道拱顶测点挂钩一端设有螺纹头，埋设时可将塑料套筒放入围岩钻孔内，通过拧紧螺纹头来挤压塑料套筒，使其固定在隧道拱顶围岩内；边墙测点挂钩一端固定在隧道边墙围岩内，另一端设有挂钩；带有电磁板的撑起伸缩杆可将收敛计测量钩送至隧道拱顶测点挂钩，完成挂尺过程，同样可将收敛计测量钩从拱顶测点挂钩上卸下，完成收尺过程；采用发条滚轮将钢索收紧，用定位销将其固定，通过调整调节螺母来控制钢索的拉力，当拉力传感器窗口读数为预拉值时，即可读出悬挂于两个测点的收敛值。本发明挂尺方便、测量准确、数据可靠、量测数据可以自动存储、背光显示、边墙挂钩防破坏及重复利用等。
文档编号G01B7/02GK102914250SQ20121047901
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者张胜, 凌同华, 刘家澍, 邓杰夫, 易杨 申请人:长沙理工大学
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