CN105672239A - 一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，包括电感式应变计和电感式传感器测试仪，电感式应变计包括上部测试装置、中部连接杆、下部固定装置和法兰盘；岩溶溶洞顶板或采空洞顶板发生沉降时能带动感应线圈同步沉降；铁路路基发生沉降时能带动所述磁铁同步沉降；当铁路路基产生的沉降与岩溶溶洞顶板或采空洞顶板产生的沉降不同时，磁铁与感应线圈相互切割产生电流，通过电感式传感器测试仪即可得到岩溶溶洞顶板或采空洞顶板与铁路路基的沉降差值。该装置位于铁路路基底部和地基之间，无需贯穿铁路路基，可避免施工过程中与铁路路基填筑产生相互干扰，且不影响铁路路基和轨道的整体性，不影响列车的安全运行。

Description

一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置

技术领域

本发明属于地基变形监测技术领域，更具体地，涉及岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测。

背景技术

我国地域辽阔，地质条件复杂多样，铁路路基修建时无法避免的通过易塌陷的岩溶地区和采空区。虽然采用一定的地基加固措施处理，但由于岩溶发育和小型采空洞分布的不规律性，仍存在塌陷的可能。地基发生塌陷时，造成上部铁路路基失去支撑产生塌陷，从而导致铁路路基发生不均匀沉降，影响铁路的平顺性，严重时影响列车的安全运行。因此，对铁路等级较高或比较重要的铁路路基工点有必要进行地基塌陷观测，根据塌陷情况及时采取必要的措施处治，防止产生进一步的危害。

已公布的发明专利CN103276755B提供了一种用于铁路筏板基础底部土体脱空变形的监测装置，包括位于筏板下方水平布置的钢板，钢板底面设有将钢板锚固于筏板下方的地基土中的锚杆，钢板顶面固定有竖直设置的内侧钢筋，内侧钢筋外套设有与筏板整体浇筑在一起的竖直设置的筏板钢管，筏板钢管外套设有固定于路堤内的外侧护管。该监测装置采用游标卡尺进行测量，尽管精度高，但运营期间由于列车持续运行，很难实现人工测量，且受测量人员素质、天气等影响，测量质量不易保障。再者，钢管及外侧护管需贯穿铁路路基及上部轨道等，施工过程中与铁路路基填筑易产生相互干扰，且不可避免的影响铁路路基和轨道的整体性，严重时可能形成隐患。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，该装置既要避免人工测量困难的问题，又要保证测量精度和列车的安全运行，同时要求不影响结构的整体性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，其特征在于，包括电感式应变计和电感式传感器测试仪，所述电感式应变计包括上部测试装置、中部连接杆、下部固定装置和法兰盘，其中，

所述下部固定装置固定连接在岩溶溶洞顶板或采空洞顶板上；

所述中部连接杆为中空结构并且其上、下端均敞口，其竖直设置且下端固定连接在所述下部固定装置上；

所述法兰盘固定在铁路路基上，其位于所述中部连接杆的上方并与所述中部连接杆之间存在间距，其中，所述铁路路基位于所述岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的上方；

所述上部测试装置包括感应线圈和磁铁，所述感应线圈竖直设置并且固定连接在所述中部连接杆的内壁上，所述岩溶溶洞顶板或采空洞顶板在发生沉降时能带动所述中部连接杆和所述感应线圈同步沉降；所述磁铁的上端固定连接在所述法兰盘上，其下端伸入所述感应线圈内，所述铁路路基在发生沉降时能带动所述磁铁同步沉降；

所述电感式传感器测试仪通过导线与所述感应线圈连接；

铁路路基的沉降和/或岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的沉降能使磁铁与感应线圈相互切割产生电流，通过电感式传感器测试仪即可得到铁路路基与岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的沉降差值。

优选地，所述上部测试装置还包括用于保护感应线圈的波纹管，所述波纹管的上端固定连接在所述法兰盘上，其下端伸入所述感应线圈内，所述磁铁的下端伸入所述波纹管内。

优选地，所述下部固定装置包括螺栓及钢筋组，所述螺栓竖直设置并且其上端螺纹连接所述中部连接杆的下端，所述钢筋组包括多根钢筋并且每根钢筋均焊接在所述螺栓的的外侧。

优选地，每根钢筋均进行折弯处理，其包括第一折弯端和第二折弯端，所述第一折弯端固定连接在所述螺栓的外侧，所述第二折弯端向上翘起。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的电感式传感器测试仪可以设置在铁路路基封闭线路以外，不受线路封闭、列车运行量大及空间限制的影响，可随时进行观测。

(2)本发明采用电感式传感器测试仪对地基塌陷变形数据值进行读数，不受测量人员素质、天气气候因素等影响，测量质量容易得到保障。

(3)本发明位于铁路路基底部和岩溶溶洞或采空洞之间，无需贯穿铁路路基，可避免施工过程中与铁路路基填筑产生相互干扰，且不影响铁路路基和轨道的整体性，不影响列车的安全运行。

附图说明

图1是本发明安装在轨道支撑结构上的结构示意图；

图2为本发明中的上部测试装置伸入中部连接杆中的结构示意图；

图3是本发明中的下部固定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图3，一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，包括电感式应变计1和电感式传感器测试仪，所述电感式应变计1包括上部测试装置1.1、中部连接杆1.2、下部固定装置1.3和法兰盘1.4，其中，

所述下部固定装置1.3固定连接在岩溶溶洞顶板或采空洞顶板7上；

所述中部连接杆1.2为中空结构并且其上、下端均敞口，其竖直设置且下端固定连接在所述下部固定装置1.3上；

所述法兰盘1.4固定在铁路路基5上，其位于所述中部连接杆1.2的上方并与所述中部连接杆1.2之间存在间距；

所述上部测试装置1.1包括磁铁1.1.1和感应线圈1.1.2，所述感应线圈1.1.2竖直设置并且固定连接在所述中部连接杆1.2的内壁上，所述岩溶溶洞或采空洞8在发生塌陷时能使顶板7产生沉降，从而也能带动所述中部连接杆1.2和所述感应线圈1.1.2同步沉降；所述磁铁1.1.1竖直设置并且其上端固定连接在所述法兰盘1.4上并且其与所述中部连接杆1.2之间存在间距，其下端伸入所述感应线圈1.1.2内，所述铁路路基5在发生沉降时能带动所述磁铁1.1.1同步沉降；

所述电感式传感器测试仪通过导线1.5与所述感应线圈1.1.2连接；

铁路路基5的沉降和/或岩溶溶洞或采空洞8的塌陷能使磁铁1.1.1与感应线圈1.1.2相互切割产生电流，通过电感式传感器测试仪即可得到岩溶溶洞或采空洞8的顶板与铁路路基5的沉降差值。

进一步，所述电感式应变计1还包括用于保护感应线圈1.1.2的波纹管1.1.3，所述波纹管1.1.3的上端固定连接在所述法兰盘1.4上，其下端伸入所述感应线圈1.1.2内，所述磁铁1.1.1的下端伸入所述波纹管1.1.3内。

进一步，所述下部固定装置1.3包括螺栓1.3.1及钢筋组，所述螺栓1.3.1竖直设置并且其上端螺纹连接在所述中部连接杆1.2的下端，所述钢筋组包括多根钢筋1.3.2并且每根钢筋1.3.2均焊接在所述螺栓1.3.1的的外侧。

另外，每根钢筋1.3.2均进行折弯处理，其包括第一折弯端和第二折弯端，所述第一折弯端固定连接在所述螺栓1.3.1的外侧，所述第二折弯端向上翘起。

本发明在安装时，具体施工过程如下：

(1)平整场地，根据地基条件进行必要的地基处理，根据设计位置、尺寸等，在可压缩地层6上形成钻孔2。

(2)通过螺栓1.3.1螺纹连接中部连接杆1.2，在钻孔2内按要求将带有焊接钢筋1.3.2和螺栓1.3.1的钢管固定在岩溶溶洞顶板或采空洞顶板7上部，从钻孔底部从下往上依次回填灌注水泥砂浆4和中粗砂3。

(3)依次安装磁铁1.1.1和感应线圈1.1.2、并将导线1.5从上部引出，在垂直向电感式应变计上部安装法兰盘1.4形成上部测试装置1.1。

(4)分层填筑铁路路基5，通过电感式传感器测试仪将电感式应变计1的测试初始值设置为零，调试完毕后即可。

本发明的中部连接杆1.2采用不锈钢管制作，其外壁与钻孔2之间空隙填充中粗砂3，在下部固定装置1.3的螺栓1.3.1外壁与钻孔2之间空隙填充水泥砂浆4。波纹管1.1.3设置于感应线圈1.1.2的外侧，起保护感应线圈1.1.2的作用，中部连接杆1.2和法兰盘1.4之间存在间距，这样使得二者之间有一定长度的波纹管1.1.3露出所述中部连接杆1.2，从而允许磁铁1.1.1在铁路路基5荷载的作用下发生一定的沉降，防止岩溶溶洞或采空洞8未发生塌陷变形时，电感式应变计1因受力过大产生弯曲变形。

电感式应变计1的下部固定装置1.3由螺栓1.3.1和钢筋1.3.2组成，钢筋1.3.2的第二折弯端设置成向上翘起的弯钩形状，其第一折弯端焊接于螺栓1.3.1下部的不锈钢钢管外侧，与钻孔底部的水泥砂浆4共同锚固于岩溶溶洞顶板或采空洞顶板7，用于防止岩溶溶洞或采空洞8发生塌陷变形时监测装置脱离底板，下部固定装置1.3通过螺栓1.3.1与中部连接杆1.2相连，岩溶溶洞或采空洞8发生塌陷变形时，带动下部固定装置1.3、中部连接杆1.2及测试端感应线圈1.1.2发生同步变形，感应线圈1.1.2与磁铁1.1.1磁场相互切割产生电流，通过标定换算转换为位移信号。下部固定装置1.3可工厂化生产，顶部设螺纹与中部连接杆1.2连接，便于现场施工和安装。

钻孔2为本监测装置提供安装空间，钻孔2内自下而上分层回填水泥砂浆4和中粗砂3，起固定磁铁1.1.1与感应线圈1.1.2的作用，防止电感式应变计1产生弯曲变形。

导线1.5将磁铁1.1.1与感应线圈1.1.2相互切割产生电流信号传递至方便测试的导线端口保护箱处，由电感式传感器测试仪将变形数据值读出。

该塌陷变形监测装置既可实现铁路路基5沉降变形的监测，又可实现岩溶溶洞或采空洞8塌陷变形的监测，各情况如下：

1)当铁路路基5发生沉降变形时，下部固定装置1.3固定不动，测试端1.1向下沉降发生压缩变形，该塌陷变形监测装置可测试的最大铁路路基沉降变形量即为中部连接杆1.2和法兰盘1.4之间预留的波纹管1.1.3的总长度。

2)当岩溶溶洞或采空洞8发生塌陷变形时，法兰盘1.4固定于铁路路基5的底部使电感式应变计上部固定不动，而电感式应变计下部随岩溶溶洞或采空洞8发生塌陷变形产生拉伸变形。

3)当铁路路基5和岩溶溶洞或采空洞8均发生变形并且二者的变形量不一致时，磁铁1.1.1和感应线圈1.1.2这两者之间发生相对运动。

上述三种情况都能使磁铁1.1.1和感应线圈1.1.2相互切割产生电流，并通过导线1.5将电流信号传递至方便测试的导线端口保护箱处，由电感式传感器测试仪将沉降变形或者塌陷变形数据值读出。通过分析变形数据的变化曲线和规律，可以判断岩溶溶洞或采空洞8的状态发生塌陷时具体的变形量，进而根据塌陷情况及时采取必要的措施处治，防止产生进一步的危害。

本发明将电感式应变计固定在岩溶溶洞或采空洞8的顶板7上，当岩溶溶洞或采空洞8发生塌陷变形时，磁铁1.1.1与感应线圈1.1.2相互切割产生电流，并通过导线1.5将电流信号传递至方便测试的导线端口保护箱处，由电感式传感器测试仪将沉降变形数据值读出。该装置测试数据读取设置在铁路路基封闭线路以外，不受线路封闭、列车运行量大及空间限制的影响，可随时进行观测；该装置采用电感式传感器测试仪对沉降变形数据值进行读数，不受测量人员素质、天气气候因素等影响，质量容易得到保障，同时该装置位于铁路路基底部和地基之间，无需贯穿铁路路基，避免施工过程中与铁路路基填筑产生相互干扰且不影响铁路路基和轨道的整体性，不影响列车的安全运行。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，其特征在于，包括电感式应变计和电感式传感器测试仪，所述电感式应变计包括上部测试装置、中部连接杆、下部固定装置和法兰盘，其中，

所述下部固定装置固定连接在岩溶溶洞顶板或采空洞顶板上；

所述中部连接杆为中空结构并且其上、下端均敞口，其竖直设置且下端固定连接在所述下部固定装置上；

所述法兰盘固定在铁路路基上，其位于所述中部连接杆的上方并与所述中部连接杆之间存在间距，其中，所述铁路路基位于所述岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的上方；

所述上部测试装置包括感应线圈和磁铁，所述感应线圈竖直设置并且固定连接在所述中部连接杆的内壁上，所述岩溶溶洞顶板或采空洞顶板在发生沉降时能带动所述中部连接杆和所述感应线圈同步沉降；所述磁铁的上端固定连接在所述法兰盘上，其下端伸入所述感应线圈内，所述铁路路基在发生沉降时能带动所述磁铁同步沉降；

所述电感式传感器测试仪通过导线与所述感应线圈连接；

铁路路基的沉降和/或岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的沉降能使磁铁与感应线圈相互切割产生电流，通过电感式传感器测试仪即可得到铁路路基与岩溶溶洞顶板或采空洞顶板的沉降差值。

2.根据权利要求1所述的一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，其特征在于，所述上部测试装置还包括用于保护感应线圈的波纹管，所述波纹管的上端固定连接在所述法兰盘上，其下端伸入所述感应线圈内，所述磁铁的下端伸入所述波纹管内。

3.根据权利要求1所述的一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，其特征在于，所述下部固定装置包括螺栓及钢筋组，所述螺栓竖直设置并且其上端螺纹连接所述中部连接杆的下端，所述钢筋组包括多根钢筋并且每根钢筋均焊接在所述螺栓的的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种用于岩溶区和采空区铁路路基地基塌陷变形的监测装置，其特征在于，每根钢筋均进行折弯处理，其包括第一折弯端和第二折弯端，所述第一折弯端固定连接在所述螺栓的外侧，所述第二折弯端向上翘起。