CN105444732A - 杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及***，其中测量装置包括多个依次连接的连杆、多个用于连接相邻两根连杆的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆上设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，无线收发模块与倾角传感器连接；各倾角传感器测量对应连杆的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。与现有技术相比，本发明通过测量连杆的倾角来得到相邻管片之间的纵向相对位置，体积小，安装方便，利用无线数据收发，实现对隧道纵向沉降的长期自动全天候无线监测，理论清晰，结构简单明了，成本低廉。

Description

杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及***

技术领域

本发明涉及一种隧道纵向沉降监测技术，尤其是涉及一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及***。

背景技术

我国城市轨道交通建设发展迅速但历史短，结构健康服役问题的严重性还没有得到共识。作为重大地下工程的城市轨道交通地下结构，所处地层条件复杂、周边环境多变、列车运行密度极高，结构自身在多种因素长期综合作用下性能不断下降，而且地下结构一旦损坏不易或不可更换，并将会诱发地下工程灾害，因而对城市轨道交通地下结构健康服役提出了极高的要求。目前运营中的城市轨道交通地下结构健康服役问题已开始显露,其中隧道纵向沉降问题成为影响城市轨道交通地下结构健康服役的核心问题之一。

鉴于城市中的隧道穿越地层复杂，且受多种地层、施工因素以及地表和周围环境的影响，以及轨道交通健康服役的重要性和隧道纵向沉降的危害很大，为提高对纵向沉降的认知水平，为对隧道结构健康状态进行感知和控制提供数据来源，为隧道结构健康状态进行评价和及时维护提供实测依据，避免或预防隧道重大事件、事故、灾难，保护人民生命财产安全，维护社会安定，准确感知地铁隧道纵向沉降的必要性和重要性毋庸置疑。

此外，随着技术的发展和对监测要求的提高，监测技术必定朝着小型化、自动化、节能化、信息化的趋势发展。近几年，无线传感器网络技术(WSN)和MEMS传感器的快速发展，这一些新兴技术凭借着其自身独特的优势迅速影响并应用于地下建筑监测领域，必将使地下工程监测迎来重大革新。

现有的隧道纵向沉降监测方法有静力水准仪、人工水准测量、电子水平尺等。静力水准测量其仪器体积较大，不便安装，不适用于高差变化较大区段，并且会受到温度、气压、重力异常等因素的影响。人工水准测量需要工作人员持仪器进入隧道，因此无法实现运营期隧道的全天候监测，只能用于非运营状态的隧道，并且人工水准测量费时费工，效率低下。电子水平尺一次性投入高，重复利用率低，整体性差。近年来，人们研究出了激光扫描法、光纤光栅等隧道纵向沉降的监测方法，但它们也存在一些难以克服的缺点。激光扫描等方法大多仪器设备成本较高，若要全面检测则需要依靠车辆移动，沿隧道全长检测一次周期较长、效率较低。而分布式光纤及光纤光栅通过光学原理来工作，需要另外配备大型的解调设备，增加额外的成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及***。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种杆式隧道纵向沉降测量杆，包括：

连杆，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片上；

倾角传感器，设于连杆上，用于测量连杆倾角；

无线收发模块，设于连杆上并与倾角传感器连接，用于对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。

所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或

相邻两块隧道管片相对沉降高度：

Δh＝L·sinθ

其中：Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，θ为连杆倾角。

所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且连杆的两端分别固定于相邻的两块隧道管片的中点上。

一种杆式隧道纵向沉降测量装置，包括多个依次连接的连杆、多个用于连接相邻两根连杆的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆上设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，所述无线收发模块与倾角传感器连接；

各倾角传感器测量对应连杆的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。

所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或

相邻两块隧道管片相对沉降高度：

Δh＝L·sinθ

其中：Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，θ为连杆倾角。

所述弹性连接体包括橡胶连接接头和固定架，所述橡胶连接接头固定于固定架上，且两端分别与相邻两根连杆连接，所述固定架刚性固定于隧道管片上。

所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上。

所有连杆上均设有倾角传感器，且倾角传感器与无线收发模块集成。

一种含有上述任意一种杆式隧道纵向沉降测量装置的测量***，包括测量装置和接收站，所述接收站与测量装置中的各无线收发模块连接，接收由无线收发模块发送的第一沉降数据，从第一沉降数据中解析出各隧道管片间的相对沉降高度，并生成隧道纵向沉降曲线。

所述接收站包括预警模块，该预警模块根据隧道纵向沉降曲线得到各隧道管片的纵向沉降值，并在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)通过测量连杆的倾角来得到相邻管片之间的纵向相对位置，体积小，安装方便，利用无线数据收发，实现对隧道纵向沉降的长期自动全天候不间断无线监测，理论清晰，结构简单明了，成本低廉。

2)固定架刚性固定于隧道管片上，可以防止连杆的端头发生位置偏离而造成的测量失真。

3)连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上，可以提高测量精度。

4)接收站生成隧道纵向沉降曲线，可以更加直观地得知隧道纵向沉降存在问题。

5)预警模块在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警，便于及时抢修。

附图说明

图1为本发明连杆的结构示意图；

图2为沉降高度和连杆倾角之间的计算理论示意图；

图3为橡胶连接接头的结构示意图；

图4为连杆安装平台的结构示意图；

图5为连杆及橡胶连接接头的结构示意图；

其中：1、橡胶连接接头，2、连杆安装平台，3、连杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种杆式隧道纵向沉降测量杆，包括：

连杆3，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片的中点上，连杆3能上下左右自由转动，但绕着连杆3轴向方向的扭转变形较小；

倾角传感器，设于连杆3上，用于测量连杆3倾角；

无线收发模块，设于连杆3上并与倾角传感器连接，用于对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据，其中，为了达到更好的效果，倾角传感器与无线收发模块集成。

一种基于上述测量杆设计的杆式隧道纵向沉降测量装置，包括多个依次连接的连杆3、多个用于连接相邻两根连杆3的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆3上设有倾角传感器，优选为所有连杆3上均设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，每一根连杆3上的无线收发模块与倾角传感器集成；各倾角传感器测量对应连杆3的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。其中的对应连杆3为该倾角传感器安装之处的连杆3。

如图1所示，连杆3为两端带有螺纹的细杆，弹性连接体包括橡胶连接接头1和固定架，橡胶连接接头1固定于固定架上，且两端分别与相邻两根连杆3连接，固定架刚性固定于隧道管片上。为了提高测量精度，连杆3的长度与隧道管片的宽度一致，连杆3在满足受力、刚度的要求下，尺寸尽量小，其布设不影响隧道界限，更不影响隧道的正常运营。且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上。橡胶连接接头1可以使连杆3能绕着橡胶连接接头1上下左右自由转动，但绕着连杆3轴向方向的扭转变形较小。具体的，弹性连接体的设计应能使连杆3端部与盾构隧道管片没有相对位移，又不影响连杆3绕弹性连接体上下左右自由转动，橡胶连接接头1的结构如图2所示。

第一沉降数据可以为倾角传感器测得的连杆3倾角，后续的，数据接收方根据这个倾角计算沉降高度等，进行进一步的分析；

第一沉降数据也可以为每一连杆3所横跨的相邻两块隧道管片相对沉降高度，相邻两块隧道管片相对沉降高度具体为：

Δh＝L·sinθ

其中：Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆3长度，θ为连杆3倾角，具体为水平倾角。

如图2所示，共有三个节点，三个节点分别为三个弹性连接体的位置，每相邻两个弹性连接体之间均设有连杆3，连杆3上设于倾角传感器，三个节点分别固定在盾构隧道内壁的三个隧道管片的中点处，当盾构隧道发生纵向沉降，相邻的管片发生相对竖向位移，导致三个节点也产生相同的相对竖向变形，将盾构隧道纵向沉降变形转化成杆件轴向相对与水平面倾角的变化值。通过测量杆件轴向相对与水平面倾角的变化值对盾构隧道纵向沉降进行测量。

一种含有上述任意一种杆式隧道纵向沉降测量装置的测量***，包括测量装置和接收站，接收站与测量装置中的各无线收发模块连接，接收由无线收发模块发送的第一沉降数据，从第一沉降数据中解析出各隧道管片间的相对沉降高度，并生成隧道纵向沉降曲线。隧道纵向沉降曲线是一条将各隧道管片中点位置连在一起的曲线。

接收站包括预警模块，该预警模块根据隧道纵向沉降曲线得到各隧道管片的纵向沉降值，并在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警。

接收站对测量数据的保存、读取、计算与分析，突发事件的报警和定位，以及控制指令的发布。

具体实施时，如图4和图5所示，连杆3可以配置连杆安装平台2，连杆3倾角传感器和无线收发模块可以安装在连杆安装平台2上，如图5所示，连杆3则穿过连杆安装平台2后，其两端分别与两个橡胶连接接头1连接。

Claims (10)

1.一种杆式隧道纵向沉降测量杆，其特征在于，包括：

连杆，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片上；

倾角传感器，设于连杆上，用于测量连杆倾角；

无线收发模块，设于连杆上并与倾角传感器连接，用于对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。

2.根据权利要求1所述的一种杆式隧道纵向沉降测量杆，其特征在于，所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或

相邻两块隧道管片相对沉降高度：

Δh＝L·sinθ

其中：Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，θ为连杆倾角。

3.根据权利要求1或2所述的一种杆式隧道纵向沉降测量杆，其特征在于，所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且连杆的两端分别固定于相邻的两块隧道管片的中点上。

4.一种杆式隧道纵向沉降测量装置，其特征在于，包括多个依次连接的连杆、多个用于连接相邻两根连杆的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆上设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，所述无线收发模块与倾角传感器连接；

各倾角传感器测量对应连杆的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。

5.根据权利要求4所述的一种杆式隧道纵向沉降测量装置，其特征在于，所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或

相邻两块隧道管片相对沉降高度：

Δh＝L·sinθ

其中：Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，θ为连杆倾角。

6.根据权利要求4所述的一种杆式隧道纵向沉降测量装置，其特征在于，所述弹性连接体包括橡胶连接接头和固定架，所述橡胶连接接头固定于固定架上，且两端分别与相邻两根连杆连接，所述固定架刚性固定于隧道管片上。

7.根据权利要求4所述的一种杆式隧道纵向沉降测量装置，其特征在于，所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上。

8.根据权利要求4所述的一种杆式隧道纵向沉降测量装置，其特征在于，所有连杆上均设有倾角传感器，且倾角传感器与无线收发模块集成。

9.一种含有如权利要求4-5中任一所述杆式隧道纵向沉降测量装置的测量***，其特征在于，包括测量装置和接收站，所述接收站与测量装置中的各无线收发模块连接，接收由无线收发模块发送的第一沉降数据，从第一沉降数据中解析出各隧道管片间的相对沉降高度，并生成隧道纵向沉降曲线。

10.根据权利要求9所述的测量***，其特征在于，所述接收站包括预警模块，该预警模块根据隧道纵向沉降曲线得到各隧道管片的纵向沉降值，并在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警。