隧道沉降自动监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及隧道监测技术领域，具体为隧道沉降自动监测装置。


背景技术：

2.目前隧道施工中，普遍存在隧道的侧壁下沉的问题，隧道的纵向不均匀沉降直接影响到列车运营的舒适性、安全性以及隧道中各种管线的运行状态，此外若隧道沉降量过大，极易引发列车运行事故，利用隧道沉降自动监测装置可以实时获取隧道结构健康状况，为隧道的安全运营提供保障；目前针对隧道的监测沉降方法，一般是通过全站仪人工监测，然而，全站仪的监测需要人工逐点监测，耗时耗力，且不能实时监测；因此，现在出现了一些监测设备进行自动监测，如通过光纤光栅静力水准仪进行监测，光纤光栅静力水准仪是测量两点间或多点间相对高程变化的精密仪器，可以安装在城市轨道交通盾构隧道一侧管壁上，当储液筒内液位发生变化时，传感器中的光栅波长发生相应变化，由光纤光栅分析仪采集波长变化量，计算出液位变化值，进而计算出隧道沉降量。
3.现有的，利用光纤光栅静力水准仪进行对隧道沉降量进行监测的隧道沉降自动监测装置，光纤光栅静力水准仪不便于快速的安装固定，且不方便拆卸维护或检修。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供隧道沉降自动监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：隧道沉降自动监测装置，包括网关、储液罐、气管、水管和若干水准仪本体，所述网关通过线缆与若干水准仪本体相连接，所述储液罐通过气管、水管与一个水准仪本体相连接，相邻所述水准仪本体之间通过气管和水管相连接，所述水准仪本体的下部侧壁通过设有若干安装机构连接有支撑板，所述支撑板的下方通过调节机构连接有安装架，所述安装机构包括支撑板顶部水准仪本体外侧设有的连接块，所述连接块的底部开设有插槽，所述插槽内顶部开设有安装槽，所述安装槽内设有限制块。
6.进一步的，所述安装机构还包括连插槽内设有的一端与限制块相连接的连接杆，所述连接杆下端延伸至支撑板的下方连接有把手，所述连接块顶部对称设有限制杆，所述限制杆下端穿过连接块内对称设有的腔室并延伸至安装槽内穿过限制块，所述腔室内且位于限制杆外壁上套设的弹簧和挡板，所述弹簧位于挡板的上方，所述挡板与限制杆固定连接，所述弹簧两端分别与连接块和挡板固定连接，以便对限制杆进行复位运动，同时对限制杆施加力，使限制杆对限制块进行限制固定。
7.进一步的，所述调节机构包括支撑板中心处下方设有的调节杆，所述调节杆下端穿过安装架顶部连接有调节柄，所述安装架顶部且位于调节杆外侧等距圆周阵列分布嵌设有若干丝杆螺母筒，所述丝杆螺母筒与安装架活动连接，所述丝杆螺母筒内侧设有丝杆，所述丝杆的上端与支撑板底部活动连接，所述安装架顶部调节杆外壁套设有主齿轮，所述安
装架顶部丝杆螺母筒外壁套设有副齿轮，所述副齿轮与主齿轮相啮合，以便对水准仪本体进行一定高度的调节，避免人工安装定位高度造成误差不便于调整等情况的发生。
8.进一步的，所述连接块呈圆周等距阵列方式分布设置，且相邻所述连接块之间夹角大小相同，且夹角为钝角，使其连接固定得更加稳定。
9.进一步的，所述安装槽和插槽与限制块相适配，所述限制块为一侧斜面的梯形条状结构，以便通过斜面推动限制杆上移。
10.进一步的，所述限制杆下端为半球形结构，所述限制块的顶部开设有与限制杆相匹配的插孔，便于限制杆对限制块进行限定。
11.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
12.1、本实用新型通过设有的连接块、连接杆、限制块、限制杆、弹簧和挡板之间的配合使用，使得水准仪本体便于安装和拆卸，使其方便定期进行拆卸检修或维护，使用更方便，同时通过网关、储液罐、水管、气管和多个水准仪本体的使用，以实现自动化观测，且其具有稳定性好、重复性好、可靠性高、抗电磁干扰和无电检测等优点；并且装置的测量精度更高，范围也更广；
13.2、本实用新型通过设有的调节杆、丝杆、主齿轮、副齿轮和丝杆螺母筒的配合使用，使其能够对水准仪本体进行一定高度的调节，避免在人工安装水准仪本体时，在其安装高度产生一定的误差时不需要重新打孔安装，使用更方便，同时使其在调整的同时保证其具有良好的稳定性。
附图说明
14.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
15.图1是本实用新型储液罐与各测点之间的结构示意图；
16.图2是本实用新型整体的结构示意图；
17.图3是本实用新型去除水准仪本体与连接块的结构示意图；
18.图4是本实用新型支撑板与连接块之间的局部剖面结构示意图；
19.图5是本实用新型连接块的俯剖结构示意图；
20.图中：1、安装架；2、支撑板；3、水准仪本体；4、连接块；5、连接杆；6、限制块；7、限制杆；8、弹簧；9、挡板；10、腔室；11、安装槽；12、插槽；13、调节杆；14、丝杆；15、主齿轮；16、副齿轮；17、丝杆螺母筒；18、网关；19、储液罐；20、气管；21、水管。
具体实施方式
21.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。
22.如图1－图5所示的隧道沉降自动监测装置，包括网关18、储液罐19、气管20、水管21和若干水准仪本体3，网关18通过线缆与若干水准仪本体3相连接，储液罐19通过气管20、水管21与一个水准仪本体3相连接，相邻水准仪本体3之间通过气管20和水管21相连接，本
实施例中，储液罐19内设有储液筒，水管21将水准仪本体3内的储液筒相连通，其中一端的水准仪3内的储液筒通过水管21与储液罐19内部相连通，水准仪本体3的下部侧壁通过设有若干安装机构连接有支撑板2，支撑板2的下方通过调节机构连接有安装架1，安装机构包括连接块4，连接块4一端与水准仪本体3外壁固定连接，连接块4的底部开设有插槽12，连接块4内插槽12内顶部开设有安装槽11，安装槽11内设有限制块6，限制块6与插槽12相垂直，安装槽11内限制块6的底部中心处连接有连接杆5，连接杆5的下端穿过插槽12连接有支撑板2下方设有的把手，连接杆5与支撑板2活动连接，在连接块4顶部对称设有限制杆7，限制杆7的下端插入连接块4内且位于安装槽11上方对称开设的腔室10内并延伸至安装槽11内穿过限制块6，在腔室10内且位于限制杆7的外壁上套设有弹簧8和挡板9，弹簧8位于挡板9的上方，挡板9与限制杆7固定连接，弹簧8的两端分别与挡板9和连接块4固定连接，在本实施中，安装架1为l形结构，连接块4设有3个，且连接块4呈圆周等距阵列方式分布，相邻的连接块4之间的夹角大小相同，且夹角均为120度的钝角，限制杆7的下端为半球形结构，限制块6为一侧为斜面的梯形条状结构，限制块6的斜面与限制杆7下端半球形结构相适配，能够通过限制块6的斜面推动限制杆7上移，限制块6的顶部对称开设有与限制杆7相适配的插孔，插孔贯穿限制块6，以限制杆7插入插孔内对限制杆7进行限制固定；本实施例中，水准仪本体3为光纤光栅静力水准仪，能够测量两点间或多点间相对高程变化的精密仪器，可以安装在城市轨道交通盾构隧道一侧管壁上，当储液筒内液位发生变化时，传感器中的光栅波长发生相应变化，由光纤光栅分析仪采集波长变化量，计算出液位变化值，进而计算出隧道沉降量；各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。特点：直线测量，绝对位置输出，非接触式连续测量，永不磨损，防护等级ip65；测量的原理是通过利用连通液的原理，多个通过水管21连接在一起的储液筒的液面总是在同一水平面，通过测量不同储液筒的液面高度，经过计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降；
23.假设共有1
…
n个观测点。各个观测点之间已用水管21连通。
24.安装完毕后初始状态时各测点的安装高程分别为y
01
…y0i
…y0j
…y0n
，各测
25.点的液面高度分别为h
01
…h0i
…h0j
…h0n
26.对于初始状态，显然有：
27.y
01
+h
01
＝...＝y
0i
+h
0i
＝...＝y
0j
+h
0j
＝...＝y
0n
+h
0n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
28.当第k次发生不均匀沉降后，各测点由于沉降的而引起的变化量分别为：δh1...δhi...δhj...δhn,各测点的液面高度变化为h
k1
…hki
…hkj
…hkn
。
29.由于液面的高度还是相同的，因此有：
30.(y
01
+δh
k1
)+h
k1
＝...＝(y
01
+δh
k1
)+h
k1
＝...＝(y
01
+δh
k1
)+h
k1
＝...＝(y
01
+δh
k1
)+h
k1
(2)
31.第j个观测点相对于基准点i的相对沉降量为：
32.h
ji
＝δh
kj-δh
ki
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
33.由式(2)可以得出：
34.δh
kj-δh
ki
＝(y
0j
+h
kj
)-(y
0i
+h
ki
)＝(y
0j-y
0i
)+(h
kj-h
ki
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
35.由式(1)可以得出：
36.y
0j-y
0i
＝-(h
0j-h
0i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
37.将式(5)代入式(4)，即可得出第j个观测点相对于基准点i的相对沉降量：
38.h
ji
＝(h
kj-h
ki
)-(h
0j-h
0i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
39.由式(6)可以看出，只要能够测出各点不同时间的液面高度值，即可计算出各点在不同时刻的相对差异沉降值。
40.安装完毕待液面稳定后，可以先对传感器调零，此时各个液面的初始高度值(偏差值)均为零，于是式(6)可以简化为：
41.h
ji
＝(h
kj-h
ki
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
42.即只需读出各个静力水准仪的偏差值，相减即可立即求出各点之间的差异沉降；该装置的使用具有以下优点：长距离、大范围监测。监测(数十公里)可对隧道、管线等线性工程进行长距离无盲区的全覆盖监测；不漏监。可以测试隧道沿线的每一点的沉降，对监测体全程控制，不会漏检、漏监。系统成本低，易于集成。对于大面积、大范围线性工程监测，均摊成本低廉；通过波分、时分复利用技术可以实现光纤传感器多点多参量串联监测，易于构建网络化监测；其测试解调系统可实现模块化，易于系统集成；测试精度高，定位精准。精准定位可以测试异常区进行精准定位，可以实现几个微应变的测试精度。
43.实施方式具体为：使用时，通过上拉限制杆7位于连接块4上方的部分，从而带动挡板9上移并挤压弹簧8，使得弹簧8变形产生与所受力方向相反的弹力，直至将限制杆7下端移出限制块6顶部开设的插孔外后，转动把手带动连接杆5，即可带动限制块6转动，从而使得限制块6转动至与插槽12相对应后，上拉水准仪本体3即可带动连接块4，使得连接块4与限制块6之间拆分开，从而将水准仪本体3拆下，需要对水准仪本体3进行安装时，转动把手带动连接杆5从而带动限制块6转动，使得限制块6转动至与连接块4相平行处，之后会将连接块4底部的插槽12与限制块6对应，使得连接块4逐渐下移使得限制块6插入到插槽12内并进入到安装槽11内与安装槽11内顶部接触后，扭转把手带动连接杆5进而带动限制块6转动九十度，随着限制块6的转动，限制块6一侧的斜面会与限制杆7下端接触，并逐渐地推动限制杆7上移，同时限制杆7上移会带动挡板9移动并挤压弹簧8，直至限制杆7下端移至限制块6顶部之后，限制块6继续转动致使限制杆7下端与插孔相对应，此时，挡板9会在弹簧8的弹力作用下进行复位运动，从而带动限制杆7进行复位运动，从而使得限制杆7的下端插入到插孔内，从而对限制块6进行限制固定，完成水准仪本体3的安装。
44.如附图1－图3所示的隧道沉降自动监测装置，其中调节机构包括支撑板2底部中心处下方设有的调节杆13，调节杆13的下端穿过安装架1顶部连接有调节柄，在安装架1的顶部且位于调节杆13的外侧设有若干丝杆螺母筒17，丝杆螺母筒17嵌设安装在安装架1顶部，丝杆螺母筒17内侧设有丝杆14，丝杆14的上端与支撑板2的底部活动连接，丝杆14的下端延伸至安装架1顶部的下方，在安装架1上方且位于调节杆13的外壁上套设有主齿轮15，在安装架1上方丝杆螺母筒17外壁上套设有副齿轮16，本实施例中，调节杆13和丝杆螺母筒17均与安装架1顶部活动连接，如采用轴承与安装架1连接，确保调节杆13和丝杆螺母筒17能够单独转动，丝杆螺母筒17设有3个，且三个丝杆螺母筒17呈圆周等距阵列方式分别设置，相邻的丝杆螺母筒17之间夹角相同，且夹角均为120度，确保对支撑板2的支撑更加稳定，丝杆螺母筒17的安装与连接块4相错位，丝杆螺母筒17与丝杆14螺纹连接，调节杆13与主齿轮15、丝杆螺母筒17与副齿轮16均为固定连接。
45.实施方式具体为：使用时，通过螺栓将安装架1安装到事先打孔位置后，如若安装高度存在一定的误差需要进行调整时，即可通过扭转调节柄带动调节杆13转动，从而使得调节杆13带动主齿轮15转动，进而带动副齿轮16转动，使副齿轮16带动丝杆螺母筒17同步转动，从而使得丝杆14在丝杆螺母筒17的作用下进行向上或向下方向移动，进而推动支撑板2带动水准仪本体3同步上下移动，即可根据实际情况需要进行调整，使得水准仪本体3移动至合适的高度位置，从而避免重新打孔安装的繁琐操作，使其更方便进行调整，使用更方便，实用性更强。
46.本实用新型工作原理：
47.参照说明书附图1－图5，通过上拉限制杆7带动挡板9挤压弹簧8，直至限制杆7下端移出插孔后，扭转把手带动连接杆5进而带动限制块6转动至与插槽12相对，之后上拉水准仪本体3即可将其拆卸，当进行安装水准仪本体3时，扭转把手带动连接杆5进而带动限制块6转动至与连接块4底部开设的插槽12相对应后，使得连接块4下移将限制块6插入到插槽12和安装槽11内后，转动把手带动连接杆5和限制块6转，至限制块6与插槽12垂直，限制块6转动过程会推动限制杆7下端逐渐上移，限制杆7会带动挡板9挤压弹簧8，当限制杆7下端移至限制块6顶部与插孔相对时，限制杆7会在弹簧8的作用下进行复位运动，从而插入插孔内对限制块6限制固定，即完成水准仪本体3的安装；
48.进一步的，参照说明书附图1－图3，当水准仪本体3的安装高度存在一定误差需要调整时，扭转调节柄带动调节杆13，进而带动主齿轮15转动，从而带动副齿轮16和丝杆螺母筒17同步转，致使丝杆14在丝杆螺母筒17作用下上下移动，从而带动支撑板2和水准仪本体3上下移动，根据实际情况将水准仪本体3移动到合适高度后即可停止转动调节柄，完成对水准仪本体3高度的调节，使其便于调节水准仪本体3的高度，使用更方便，实用性更强。
49.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
50.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。