CN102878975B - 一种隧道收敛变形监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种隧道收敛变形监测方法，在选定的隧道横断面上沿衬砌环向布设若干锚固点，并以这些锚固点作为监测参考点；在每两个相邻锚固点之间依次用一个刚性的、具有标准长度的测量安装臂和一个滑动套筒连接，在测量安装臂上安装一个倾角传感器，同时在测量安装臂与滑动套筒之间安装一支振弦式变位计；再将上述形成的***组件的两个自由端分别通过锚点铰支座对应锚固于衬砌上相邻的两个锚固点上；并以此法形成若干***组件连续环向链接下去，直至达到观测设计要求的单元数；实现监测方法简单，成本低廉，设备占用隧道截面积小，能实现更高精度的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测方法，特别是涉及一种隧道收敛变形监测方法。
背景技术
随着国家基础设施建设步伐的加快，地铁，铁路、公路隧道，城市过江隧道、输油管线、水利涵洞等大型基建工程安全监测需求日益增长。目前，世界上对桥隧工程的安全监测主采取隧道横截面法向的收敛变形监测，隧道横截面法向监测国内首选的方案是机械式钢尺收敛计法（如图3），钢尺收敛计是一种全机械结构的便携式人工观测仪器。结构原理是以mm分度的钢卷尺加百分表的线性叠加组合。测量原理是在隧道横断面周向衬砌上布置若干锚固点，以钢尺收敛计两端的机械挂钩连接两待测锚点。缺点是不能实现数据的自动化采集，只能原始地人工现场操作和读取数据，而人工读数的随机误差及重复精度较差，机械测量***的分辨力不高，其结果是***测量精度不够，同时对于通勤频率越来越高的隧道而言，这样的人工观测在工程建成后正式运行期间几乎不可能。此外，美国SINCO岩土公司于2000年初首先提出并实施的巴塞特（Bassett）隧道收敛监测***，曾在中国少数重点隧道工程中应用，巴塞特（Bassett）收敛监测***是在隧道衬砌上环向布设锚固点，并以这些锚固点作为监测参考点（如图2），在每两个相邻锚固点之间用一个长臂及一个短臂铰接形成一个三角形的相邻两边，再将长臂及短臂的两自由端对应锚固于衬砌上相邻的两锚固点上，并以此法连续环向链接下去，直至达到观测设计要求的单元数。该***的实现，依据的是同时在长臂和短臂上分别安装了一支精度不同的倾斜传感器，短臂上的倾斜传感器可以感应到相邻两锚固点（测量参考点）间在弧形衬砌的切向的位置变化，长臂上的倾斜仪可以感应到锚固点在弧形衬砌法线方向的位置改变。这种监测***的缺点是由于长臂和短臂的三角形结构采用造成隧道衬砌加厚进而影响隧道的通行面积，还由于该***传感器及采集***完全进口，造价昂贵，因此，此***未能普及应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道收敛变形监测方法，解决衬砌厚度影响隧道通行横截面、数据不能自动化采集影响通行和采集数据精度不高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种隧道收敛变形监测方法，包括如下步骤：在选定的隧道横断面上沿衬砌环向布设若干锚固点，并以这些锚固点作为监测参考点；在每两个相邻锚固点之间依次用一个刚性的、具有标准长度的测量安装臂和一个滑动套筒连接，在测量安装臂上安装一个倾角传感器，同时在测量安装臂与滑动套筒之间安装一支振弦式变位计；再将上述形成的***组件的两个自由端分别通过锚点铰支座对应锚固于衬砌上相邻的两个锚固点上；并以此法形成若干***组件连续环向链接下去，直至达到观测设计要求的单元数。
倾角传感器和振弦式变位计的输出信号送至远端数据采集***进行监测。
***组件包括测量安装臂、滑动套筒、倾角传感器和振弦式变位计，振弦式变位计的一端和测量安装臂连接，另一端和滑动套筒的外壁连接。
振弦式变位计通过设置的万向节和滑动套筒的外壁连接，万向节包括万向球和固定座，万向球活动卡合在固定座中，振弦式变位计与滑动套筒连接的一端首先和万向节的万向球连接，万向节的固定座和滑动套筒的外壁固定连接。
锚点铰支座通过膨胀螺钉安装在锚固点上。
振弦式变位计与测量安装臂连接的一端通过设置的变位计安装座进行连接，倾角传感器通过设置的倾角安装座和测量安装臂连接，变位计安装座包括螺栓、锁紧螺钉、卡座和卡片，卡座和卡片通过螺栓夹握住测量安装臂，卡座上开有通孔，沿通孔径向开有锁紧通孔，锁紧螺钉穿过通孔固定变位计端，倾角安装座包括安装板、锁紧螺钉和套管，安装板沿套管的轴向垂直焊接，套管套在测量安装臂上且套管的直径和测量安装臂的直径适配，套管的径向开有锁紧通孔，安装板上开有安装孔。
本发明的的工作原理是隧道在运行过程中因受山体或土体及其他建筑物等荷载压力而产生形变，这种形变通过布设在隧道轴向法平面中沿隧道衬砌上的监测点变位而获知。并且这些变位的形式最终可解析为监测点的平面坐标值的改变量，通过滑动套筒、有信号输出功能的振弦式变位计和/或倾角传感器对隧道变形的数据进行检测和输出，并取消短臂结构，缩小截面积，最终实现实时监测。
本发明的有益效果是方法简单，成本低廉，设备占用隧道截面积小，能实现更高精度的监测。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为现有技术巴塞特（Bassett）收敛监测方法原理示意图。
图3为现有技术钢尺收敛监测方法原理示意图。
图4为本发明***组件的结构示意图。
图5为本发明锚点铰支座结构示意图。
其中：1-振弦式变位计，2-倾角传感器，3-测量安装臂，4-锚固点，5-滑动套筒，6-固定座，7-万向球，8-倾角安装座。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例如图1、4和5所示，本实施例提供一种隧道收敛变形监测方法，包括如下步骤：在选定的隧道横断面上沿衬砌环向布设7个锚固点4，并以这些锚固点4作为监测参考点；在每两个相邻锚固点4之间依次用一个刚性的、具有标准长度的测量安装臂3和一个滑动套筒5连接，在测量安装臂3上安装一个倾角传感器2，同时在测量安装臂3与滑动套筒5之间安装一支振弦式变位计1；再将上述形成的***组件的两个自由端分别和锚点铰支座铰接连接，再将锚点铰支座分别对应锚固于衬砌上相邻的两个锚固点4上；并以此法形成6个***组件连续环向链接，或者也可以根据测量需要选择合适的***组件个数。
倾角传感器2和振弦式变位计1的输出信号送至远端数据采集***进行监测，数据采集***接收485数字信号，或者也可以接收标准模拟信号。
***组件包括测量安装臂3、滑动套筒5、倾角传感器2和振弦式变位计1，振弦式变位计1的一端和测量安装臂3连接，另一端通过设置的万向节和滑动套筒5的外壁连接。
万向节包括万向球7和固定座6，万向球7活动卡合在固定座6中，振弦式变位计1与滑动套筒5连接的一端首先和万向节的万向球7连接，万向节的固定座6和滑动套筒5的外壁固定连接。
锚点铰支座通过膨胀螺钉安装在锚固点4上。
振弦式变位计1与测量安装臂3连接的一端通过设置的变位计安装座进行连接，倾角传感器通过设置的倾角安装座8和测量安装臂3连接，变位计安装座包括螺栓、锁紧螺钉、卡座和卡片，卡座和卡片通过螺栓夹握住测量安装臂，卡座上开有通孔，沿通孔径向开有锁紧通孔，锁紧螺钉穿过锁紧通孔固定振弦式变位计端，倾角安装座8包括安装板、锁紧螺钉和套管，安装板沿套管的轴向垂直焊接，套管套在测量安装臂上且套管的直径和测量安装臂的直径适配，套管的径向开有锁紧通孔，安装板上开有安装孔。
隧道在运行过程中因受山体或土体及其他建筑物等荷载压力而产生形变，这种形变通过布设在隧道轴向法平面中沿隧道衬砌上的监测点变位而获知。并且这些变位的形式最终可解析为监测点的平面坐标值的改变量。
本实施例，当隧道变形时，相邻两个锚固点4（监测点）之间产生相对位移，此相对位移可分解为沿测量安装臂轴线方向的直线距离改变和沿测量安装臂径向的位置偏转；两点间的直线距离改变用振弦式变位计可直接监测获得（设其值为ΔL1），沿测量安装臂径向的位置偏转用倾角传感器（MI600D硅微式倾角计）通过监测测量安装臂绕参考基准点1的转动角位移（设此角位移量为Δθ、测量安装臂杆长为L），则监测点之间沿测量安装臂径向的位置改变量ΔL2=L·sinΔθ。各相邻监测点的相对位置改变，均以相同的传感器组合形成测量单元，完成各个监测点的相互垂直的两个方向的变位测量。检测到的数据由GTMCU-32自动采集传输（或无线远传）至管理者的PC机上，通过专业数据处理分析软件在计算机上显示各测点坐标值的改变量并自动输出数据报表或绘制出变形曲线，给出报警值等。
本实施例的有益效果是方法简单，成本低廉，设备占用隧道截面积小，能实现更高精度的监测。
Claims (4)
1.一种隧道收敛变形监测方法，其特征在于包括如下步骤：在选定的隧道横断面上沿衬砌环向布设若干锚固点，并以这些锚固点作为监测参考点；在每两个相邻锚固点之间依次用一个刚性的、具有标准长度的测量安装臂和一个滑动套筒连接，在测量安装臂上安装一个倾角传感器，同时在测量安装臂与滑动套筒之间安装一支振弦式变位计；再将上述形成的***组件的两个自由端分别通过锚点铰支座对应锚固于衬砌上相邻的两个锚固点上；并以此法形成若干***组件连续环向链接下去，直至达到观测设计要求的单元数；
***组件包括测量安装臂、滑动套筒、倾角传感器和振弦式变位计，振弦式变位计的一端和测量安装臂连接，另一端和滑动套筒的外壁连接；
振弦式变位计通过设置的万向节和滑动套筒的外壁连接，万向节包括万向球和固定座，万向球活动卡合在固定座中，振弦式变位计与滑动套筒连接的一端首先和万向节的万向球连接，万向节的固定座和滑动套筒的外壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种隧道收敛变形监测方法，其特征在于：倾角传感器和振弦式变位计的输出信号送至远端数据采集***进行监测。
3.根据权利要求1所述的一种隧道收敛变形监测方法，其特征在于：锚点铰支座通过膨胀螺钉安装在锚固点上。
4.根据权利要求1所述的一种隧道收敛变形监测方法，其特征在于：振弦式变位计与测量安装臂连接的一端通过设置的变位计安装座进行连接，倾角传感器通过设置的倾角安装座和测量安装臂连接，变位计安装座包括螺栓、锁紧螺钉、卡座和卡片，卡座和卡片通过螺栓夹握住测量安装臂，卡座上开有通孔，沿通孔径向开有锁紧通孔，锁紧螺钉穿过锁紧通孔固定振弦式变位计与测量安装臂连接的一端，倾角安装座包括安装板、锁紧螺钉和套管，安装板沿套管的轴向垂直焊接，套管套在测量安装臂上且套管的直径和测量安装臂的直径适配，套管的径向开有锁紧通孔，安装板上开有安装孔。
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