一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置论文和设计-张学富

全文摘要

本实用新型公开了一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，自测装置包括通过吊环膨胀螺栓和膨胀螺栓挂钩安装在隧道测量点处的装置本体，所述装置本体包括对称固定在其内部左右两侧的通电螺线管，所述装置本体的中部固定有竖直设置的光滑导杆，所述光滑导杆上活动套有磁针，所述装置本体的正面底部依次安装有报警器开关、电源指示灯和报警灯，所述装置本体内部左右两侧通电螺线管的后面分别设置红外发射和接收头，所述装置本体上还设有用于安装电源的电源盒。本实用新型有效的克服了目前使用铟钢尺拉拔产生误差的技术缺陷，具有成本低廉，这样可以方便快捷的通知相关监测人员关于隧道拱顶沉降的危险信号，操作更加方便快捷有很大的实用价值。

主设计要求

1.一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，包括通过吊环膨胀螺栓(1)和膨胀螺栓挂钩(2)安装在隧道(14)测量点处的装置本体(12)，其特征在于：所述装置本体(12)包括对称固定在其内部左右两侧的通电螺线管(5)，所述装置本体(12)的中部固定有竖直设置的光滑导杆(4)，所述光滑导杆(4)上活动套有磁针(3)，所述装置本体(12)的正面底部依次安装有报警器开关(9)、电源指示灯(10)和报警灯(11)，所述装置本体(12)内部左右两侧通电螺线管(5)的后面分别设置红外发射和接收头(6)，所述装置本体(12)上还设有用于安装电源(8)的电源盒(8.1)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述吊环膨胀螺栓(1)包括垫片(1.1)、螺母(1.2)、吊环膨胀螺栓套壳(1.3)，所述吊环膨胀螺栓套壳(1.3)活动套接在吊环膨胀螺栓(1)的螺栓杆上且螺栓杆顶端焊接有吊环。

3.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述膨胀螺栓挂钩(2)包括活动套接在螺栓杆上的膨胀螺丝挂钩套壳(2.1)且螺栓杆顶端一体化设有挂钩。

4.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述装置本体(12)的正面两侧均设有刻度值面板(15)。

5.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述电源盒(8.1)对称设置在装置本体(12)的两侧，所述电源(8)通过电线分别与通电螺线管(5)、红外发射和接收头(6)、报警器开关(9)、电源指示灯(10)和报警灯(11)电性连接，所述通电螺线管(5)由导线(5.1)绕制而成。

6.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述装置本体(12)的底部设有用于复位针(7)插入的复位孔(13)。

7.根据权利要求1所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述磁针(3)固定在橡胶层(3.3)上，所述橡胶层(3.3)的中部设有用于套接在光滑导杆(4)上的磁针套环(3.1)。

8.根据权利要求7所述的一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，其特征在于：所述橡胶层(3.3)前后两侧分别固定有配重块(3.2)和凸形遮挡物(3.4)。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于隧道测量装置技术领域，具体涉及一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置。

背景技术

近些年来随着我国经济的不断发展，高速公路、高铁、地铁等基础设施建设的不断完善，我国目前的隧道建设相关进度已经进入了高速的发展时期。但是随之也伴随着各种隧道施工及运营事故现象的不断发生。由于对隧道施工建设中穿越的山体工程地质及水文地质等复杂条件的认识不足，所以修建的隧道常出现隧道拱顶裂缝、边墙开裂、隧道冻害及渗漏水现象。因此隧道监测在安全施工及后期运营中起着重要的作用。隧道监测内容主要有地质及支护状况、周边位移、拱顶下沉、地表下沉、围岩内部位移、两层支护间压力、钢支撑内外力、支护及衬砌内应力等。其中隧道拱顶沉降是隧道监控量测中的必测项目之一。通过实时量测。可以及时将数据进行整理总结，从而为后续安全施工提供相应的指导意见，进而保证施工的安全性。

当前测量隧道拱顶沉降的仪器主要有高精度水准仪和悬挂铟钢尺相结合及高性能全站仪。但精密水准仪法对光线非常敏感，且易受施工环境干扰及耗费人工。譬如在隧道纵深内部进行测量时由于光线较差，可能造成测量人员读数产生误差。又譬如隧道开挖及初支完后，测量人员要进行及时监测，但是测点处附近正在施工，则测量结果将不会真实反映出隧道拱顶处的沉降。更多的是，由于每次测量都需要在测试点上悬挂倒勾铟钢尺，人为操作因素对测量的精度影响大，而拱顶沉降测点一般在隧道中心线上，其测量时常影响隧道的正常施工，特别是测点位置离掌子面近时，常因为掌子面工作平台处作业无法悬挂倒勾铟钢尺而影响测量的正常工作，工作强度大且效率较低。高性能全站仪的使用虽然不影响隧道的正常施工，但是在地形复杂的地区使用起来较为耗时耗力，而且仪器也比较沉重，对仪器进行组装和调试都比较费时。因此这两种方法对隧道的正常施工及测量人员的正常使用都产生一定的影响。

故针对上述隧道拱顶沉降监测存在的不足之处，提出了一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，包括通过吊环膨胀螺栓和膨胀螺栓挂钩安装在隧道测量点处的装置本体，所述装置本体包括对称固定在其内部左右两侧的通电螺线管，所述装置本体的中部固定有竖直设置的光滑导杆，所述光滑导杆上活动套有磁针，所述装置本体的正面底部依次安装有报警器开关、电源指示灯和报警灯，所述装置本体内部左右两侧通电螺线管的后面分别设置红外发射和接收头，所述装置本体上还设有用于安装电源的电源盒。

优选的，所述吊环膨胀螺栓包括垫片、螺母、吊环膨胀螺栓套壳，所述吊环膨胀螺栓套壳活动套接在吊环膨胀螺栓的螺栓杆上且螺栓杆顶端焊接有吊环。

优选的，所述膨胀螺栓挂钩包括活动套接在螺栓杆上的膨胀螺丝挂钩套壳且螺栓杆顶端一体化设有挂钩。

采用吊环膨胀螺栓、装置本体、膨胀螺丝挂钩、磁针、通电螺线管、遮挡式红外光报警器及电源组成的新型装置。利用吊环膨胀螺栓与拱顶测点相连接，此吊环膨胀螺栓与拱顶测点连为一体后吊环可以360度转动，将膨胀螺丝挂钩与装置本体连为一体，并通过膨胀螺丝挂钩与吊环膨胀螺栓相连接最终将装置本体连为一体。避免了以往在隧道中由于测量场地有限而无法旋转铟钢尺造成测量结果不准确的现象。使得该装置的操作更加方便快捷和实用，减少不必要的测量误差，能够有效地节省时间和人力。

优选的，所述装置本体的正面两侧均设有刻度值面板。在装置本体的前部，分别在面板左右两侧进行刻度线刻画。根据隧道施工过程中施工二衬预留拱顶的变形量的大小，将装置本体的量程范围规定为+30cm～-10cm。同时规定装置本体的最小分度值是1mm。这样设计考虑隧道施工变形的实际情况。避免不必要的材料浪费。同时使读数更加方便快捷。

优选的，所述电源盒对称设置在装置本体的两侧，设置电源其目的主要是为通电螺线管和遮挡式红外光报警器提供电力，同时在装置本体左右两侧配置电源也是为了起到装置本体在自由悬挂时能够保持平衡，不因左右失稳而使装置处于不平衡状态，所述电源通过电线分别与通电螺线管、红外发射和接收头、报警器开关、电源指示灯和报警灯电性连接，所述通电螺线管由导线绕制而成。在装置本体的前部靠下部分，设置了遮挡式红外光报警器的开关、电源指示灯和报警灯。这样设置主要能够实现在使用时打开遮挡式红外光报警器的开关，然后电源指示灯正常工作；当测量数值达到预设值后，报警灯亮起。这样不仅可以起到有效节约资源的作用，而且同时也可以快速将监测拱顶沉降的危险情况反映出来。

优选的，所述装置本体的底部设有用于复位针插入的复位孔。主要是装置本体在组装调试、未通电或者通电时磁针未处于零刻度处。此时可通过复位针将磁针归置至零刻度处。这样设计可快速进行仪器的组装和调试，方便快捷，同时也节省人力和物力。

优选的，所述磁针固定在橡胶层上，所述橡胶层的中部设有用于套接在光滑导杆上的磁针套环。导杆采用硬质塑料圆杆，其表面要光滑，要保证磁针能够上下自由的移动。同时导杆直径较磁针套环直径小3.5mm左右。这样能够保证磁针套环和导杆之间有一定程度的富裕空间。可以保证磁针能够上下自由的移动设置在装置本体内壁左右两侧的通电螺线管要与装置本体内壁固定。同时要知道通电螺线管是由通电线圈组成的，通电螺线管外部的磁感线是从螺线管的北极发出并回到南极。但是，在通电螺线管内部的磁场方向是从螺线管的南极指向北极。

其实通电螺线管对外相当于一个条形磁铁；通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场相似。要保证放置在装置本体内部左右两侧的通电螺线管所通过的电流方向是一致的。这样才能保证在导杆外套上的异性磁针分别对应两端的磁性是同号磁性；从而使得磁针处于被排斥状态，并且在自身重力作用下保持磁针的平衡。

优选的，所述橡胶层前后两侧分别固定有配重块和凸形遮挡物。当探测到有遮挡式物体经过时，此时报警灯亮起，这样可以方便快捷的通知相关监测人员关于隧道拱顶沉降的危险信号，以便采取相应的安全处理措施。

具体是装置本体通过膨胀螺丝挂钩与吊环膨胀螺栓相连接最终将装置本体连为一体。这时除了磁针外，其它所有仪器均与隧道拱顶测点处连为一体。此时打开遮挡式红外光报警器的开关，电流通过通电螺线管，通电螺线管即产生磁性，即可对磁针产生排斥力，然后通过复位针将磁针归于零刻度处，仪器进行自测，此时只要隧道拱顶测点处有任何的变动，装置本体都将同步进行变动，而磁针由于处于平衡状态，这时可根据刻画在装置本体前部面板上的刻度值，可准确显示数值得多少，当隧道拱顶沉降值达到预设值后，此时位于磁针后部的凸型遮挡物将阻碍红外光信号的接收，红外光信号转换不成电信号，这将使得报警电路正常工作，报警灯亮起，这样可以方便快捷的通知相关监测人员关于隧道拱顶沉降的危险信号，以便采取相应的安全处理措施。

本实用新型的技术效果和优点：

(1)本实用新型在装置本体内加入硬质塑料实心光滑导杆、通电螺线管和磁针，套环磁针套在硬质塑料实心导杆上，然后打开遮挡式红外光报警器开关，通电螺线管通电产生磁性，根据安培定则确定磁极方向。然后根据同名磁性相排斥的原理从而使磁针处于平衡状态。该装置不仅替换了原有的铟钢尺拉拔情况，而且也省去了使用精密水准仪等其它测量仪器。完全利用自身装置便可完成数值的读取。有效的克服了目前使用铟钢尺拉拔产生误差的技术缺陷，具有成本低廉，技术实现简单实用。

(2)该装置设置有遮挡式红外光报警器，其报警灯位于装置本体前面板的下部，当打开报警器开关进行测量时，其电源指示灯正常工作，报警灯不进行闪烁，处于熄灭状态。在进行测量时当拱顶沉降值达到预设值后，位于磁针后部的凸型遮挡物将阻碍红外光信号的发射与接收，红外光信号转换不成电信号，这将使得报警电路正常工作，报警灯亮起，这样可以方便快捷的通知相关监测人员关于隧道拱顶沉降的危险信号，以便采取相应的安全处理措施。避免以往因监测不及时，导致隧道变形过大产生塌方等危险事故。

(3)本实用新型的装置本体顶部设置有吊环膨胀螺栓可以360度转动。这样操作的优点是可以快速的进行装置本体的角度调整，便于观测人员实时监测，避免了以往在隧道中由于测量场地有限而无法旋转铟钢尺造成测量结果不准确的现象。使得该装置的操作更加方便快捷和实用。减少了不必要的测量误差。

(4)该装置是一种可快速监测隧道拱顶沉降的新型装置本体，该装置不仅操作方便，观测数据及时，而且该装置还是一个可循环使用的仪器。更重要的是该装置组装、调试和拆卸等非常的方便。因此，该装置较传统装置有很大的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型的快速装置本体在隧道拱顶处的示意图；

图2为本实用新型的快速装置本体的吊环膨胀螺栓示意图；

图3为本实用新型的快速装置本体的膨胀螺丝挂钩示意图；

图4为本实用新型的快速装置本体的内部特制磁针前部示意图；

图5为本实用新型的快速装置本体的内部特制磁针后部示意图；

图6为本实用新型的快速装置本体的内部光滑导杆示意图；

图7为本实用新型的快速装置本体的内部通电螺线管示意图；

图8为本实用新型的快速装置本体的内部红外发射和接收头示意图；

图9为本实用新型的快速装置本体的复位孔示意图；

图10为本实用新型的快速装置本体的复位针示意图

图11为本实用新型的快速装置本体的正面刻度放大图；

图12为本实用新型的快速装置本体的电源布置示意图；

图13为本实用新型的快速装置本体的报警器开关示意图；

图14为本实用新型的快速装置本体的电源指示灯和报警灯示意图；

图15为本实用新型的快速装置本体的吊环膨胀螺栓和膨胀螺丝挂钩细部连接示意图。

图中：1-吊环膨胀螺栓、1.1-垫片、1.2-螺母、1.3-吊环膨胀螺丝套壳、 2-膨胀螺丝挂钩、2.1-膨胀螺丝挂钩套壳、3-磁针、3.1-磁针套环、3.2-配重块、3.3-橡胶层、3.4-凸型遮挡物、4-光滑导杆、5-通电螺线管、5.1-导线、6-红外发射和接收头、7-复位针、8-电源、8.1-电源盒、9-报警器开关、 10-电源指示灯、11-报警灯、12-装置本体、13-复位孔、14-隧道、15-刻度值面板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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做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。

如图1-15所示，一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置，包括通过吊环膨胀螺栓1和膨胀螺栓挂钩2安装在隧道14测量点处的装置本体12，所述装置本体12包括对称固定在其内部左右两侧的通电螺线管5，所述装置本体12的中部固定有竖直设置的光滑导杆4，所述光滑导杆4上活动套有磁针 3，所述装置本体12的正面底部依次安装有报警器开关9、电源指示灯10和报警灯11，所述装置本体12内部左右两侧通电螺线管5的后面分别设置红外发射和接收头6，所述装置本体12上还设有用于安装电源8的电源盒8.1。

所述吊环膨胀螺栓1包括垫片1.1、螺母1.2、吊环膨胀螺栓套壳1.3，所述吊环膨胀螺栓套壳1.3活动套接在吊环膨胀螺栓1的螺栓杆上且螺栓杆顶端焊接有吊环。

所述膨胀螺栓挂钩2包括活动套接在螺栓杆上的膨胀螺丝挂钩套壳2.1 且螺栓杆顶端一体化设有挂钩。

所述装置本体12的正面两侧均设有刻度值面板15。

所述电源盒8.1对称设置在装置本体12的两侧，所述电源8通过电线分别与通电螺线管5、红外发射和接收头6、报警器开关9、电源指示灯10和报警灯11，所述通电螺线管5由导线5.1绕制而成。

所述装置本体12的底部设有用于复位针7插入的复位孔13。

所述磁针3固定在橡胶层3.3上，所述橡胶层3.3的中部设有用于套接在光滑导杆4上的磁针套环3.1。

所述橡胶层3.3前后两侧分别固定有配重块3.2和凸形遮挡物3.4。

一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置的使用方法，包括以下操作步骤：

S1：定位，结合图1、图2和图15所示，先用电钻在已定的测点处进行钻孔，钻孔尽量保持竖直状态，然后将吊环膨胀螺栓1安装到钻孔内，通过调节螺母1.2，可使吊环膨胀螺栓1进行360度旋转，方便自测装置12测出结果被测量人员观测和记录；

S2：组装，结合图3、图1和图15，将膨胀螺丝挂钩2安装至装置本体 12顶部预设位置处，结合图1，图4、图5和图6，将光滑导杆4穿过磁针3 的磁性套环3.1中，并将光滑导杆4安装至装置本体12的预设位置处，将通电螺线管5一共2个，分别安装至装置本体12的左右两侧靠前部并与左右两侧面板相粘合，结合图1和图8将红外发射和接收头6一共2个分别安装至装置本体12的左右两侧靠后部并与左右两侧面板相粘合，并且分别在通电螺线管5和红外发射和接收头6中间安装橡胶板，主要是防止通电螺线管5产生的磁性影响后者装置的正常使用，结合图1、图12、图13和图14，分别将电源8、报警器开关9、电源指示灯10、报警灯11分别安装至指定位置，至此整个装置本体12安装完毕；

S3：测量，结合图15，将吊环膨胀螺栓1和膨胀螺丝挂钩2相搭接，然后打开电源8，使通电螺线管5通电，产生磁性，结合图1、图9和图10对装置本体12进行磁性复位，用复位针7通过复位孔13将磁针3调至零刻度处，至此整个装置安装和调试结束，可以进行隧道拱顶测点处的沉降测量，由于测点处的吊环膨胀螺栓1和整个装置连为一体，所以拱顶测点处有任何的变动，装置本体12都将同步变动，而磁针3由于处于悬浮状态，则保持不变，即可显示此时拱顶测点处变化数值的多少，如果测试数值达到预设值后，此时位于磁针3后部的凸型遮挡物3.4将阻碍红外光信号的发射与接收，红外光信号转换不成电信号，这将使得报警电路正常工作，报警灯11亮起，提醒相关监测人员关于隧道沉降的实时结果；

S4：回收，当隧道拱顶测点处变形监测结束后，将电源8关闭，然后将吊环膨胀螺栓1和膨胀螺丝挂钩2分开，即可完成整个装置的拆卸工作，此时整个装置本体的安装、调试和拆解工作即为完成，然后装运至下一个测点继续进行隧道拱顶测点处变形监测。

该装置本体采用通电螺线管5，通过环绕带电的导线5.1，使通电螺线管 5产生磁性，由安培定则确定磁场方向，根据磁极之间的关系，使磁针3保持悬浮状态。该装置不仅具有传统测量仪器所具备的测量功能，而且还具有危险值报警功能，当测出的数值超出仪器设定的危险值后，报警灯将自动亮起，从而具备报警功能。总之，该装置安装、调试及拆卸操作简单方便，并且可以循环利用，因此既经济又实用。同时该装置本体也可以有效地避免目前隧道拱顶沉降测量由于人员因素的影响造成测量误差、测试场地有限等其他原因造成测量困难和测量误差等问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置论文和设计

一种用于快速测量隧道拱顶沉降的自测装置论文和设计-张学富

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢