一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，解決了現(xiàn)有方法效率低，操作不便的缺點(diǎn)，包括設(shè)置在隧道進(jìn)口處的激光發(fā)射器裝置，其發(fā)射細(xì)激光束作為基準(zhǔn)線，拱頂接收器設(shè)置在管片上，拱頂接收器刻有網(wǎng)格刻度線，拱頂接收器跟隨管片同時(shí)發(fā)生沉降，那么激光束通過接收器的刻度就會(huì)變化，每次測(cè)量只需讀取，記錄刻度，然后計(jì)算變形量和測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。同時(shí)為適應(yīng)隧道多變的設(shè)計(jì)情況而選用的激光反射器、激光糾偏器。本發(fā)明具有效率高，操作簡(jiǎn)單，安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道檢測(cè)裝置領(lǐng)域，具體是一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]盾構(gòu)隧道施工技術(shù)隨著盾構(gòu)機(jī)性能的改進(jìn)有了很大發(fā)展，但開挖引起的變形仍不可避免。盾構(gòu)隧道工程施工和地鐵運(yùn)營(yíng)期間，自身結(jié)構(gòu)的安全和沿線環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要，長(zhǎng)期進(jìn)行變形測(cè)量是十分必要的。包括:地表下沉觀測(cè)；地下隧道結(jié)構(gòu)和車站的長(zhǎng)期位移和沉降的重復(fù)觀測(cè)。其中，拱頂沉降是地下隧道變形監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。
[0003]拱頂沉降現(xiàn)有方法有接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量，接觸測(cè)量有:水準(zhǔn)儀配合因瓦掛尺法、水準(zhǔn)儀懸掛鋼尺法、水準(zhǔn)儀倒尺測(cè)量；非接觸測(cè)量有:全站儀結(jié)合反光片靶標(biāo)法。也有一些全自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng):巴賽特系統(tǒng)和全站儀的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0004]采用接觸測(cè)量時(shí)，當(dāng)測(cè)量邊墻的點(diǎn)和在特大斷面作業(yè)時(shí)，因?yàn)榱⑺疁?zhǔn)尺或者懸掛鋼尺困難而不便操作；隧道內(nèi)光照弱，對(duì)準(zhǔn)等操作實(shí)施困難；水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，拱頂位移監(jiān)測(cè)每次只能測(cè)量一個(gè)斷面，效率比較低；測(cè)量時(shí)隧道內(nèi)的運(yùn)輸列車進(jìn)出不斷，也會(huì)給測(cè)量帶來不便。
[0005]采用非接觸測(cè)量時(shí)，測(cè)量時(shí)隧道內(nèi)光照微弱，每次對(duì)準(zhǔn)困難；列車進(jìn)出，給測(cè)量帶來不便，效率不高，硬件成本相對(duì)比較高。
[0006]采用變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，無論巴賽特系統(tǒng)全站儀的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或者斷面儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如果布置許多斷面的監(jiān)測(cè)，硬件成本很高。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)監(jiān)測(cè)裝置效率低、操作不便或者成本過高的問題，提出一種效率高，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，精度滿足要求的測(cè)量裝置。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括設(shè)置在盾構(gòu)隧道進(jìn)口處拱頂上的懸掛平臺(tái)，懸掛平臺(tái)上安裝有激光發(fā)射器裝置，所述激光發(fā)射器裝置的激光頭朝向盾構(gòu)隧道內(nèi)，激光發(fā)射器裝置激光頭前方的盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上依次設(shè)置有一組或多組拱頂接收器、糾偏器，盾構(gòu)隧道拐彎段與直線段結(jié)合處的拱頂管片上設(shè)置有反射器，所述激光發(fā)射器裝置、多組拱頂接收器、糾偏器、反射器處于同一與盾構(gòu)隧道中心軸線平行的直線上。
[0009]所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述激光發(fā)射器裝置包括水平連接在懸掛平臺(tái)上的底座，底座上設(shè)置配有激光調(diào)節(jié)器的激光發(fā)射器，且激光發(fā)射器底部四角與底座之間分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有腳螺旋，激光頭設(shè)置在激光發(fā)射器前側(cè)面上，且激光發(fā)射器前側(cè)面沿左右水平方向、左側(cè)面或右側(cè)面沿前后水平方向分別設(shè)置有水準(zhǔn)管。
[0010]所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述拱頂接收器包括上下排列且相互水平平行的頂板、支撐板，以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在頂板、支撐板之間左、右端的腳螺旋，其中頂板安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上，支撐板底部固定有高透玻璃體，且支撐板后側(cè)面或前側(cè)面沿左右水平方向設(shè)置有水準(zhǔn)管，所述高透玻璃體左右面為對(duì)稱沿底邊向內(nèi)傾斜一定角度的兩個(gè)相同三角形面，前后則形成兩個(gè)相同的等腰梯形面，底面為矩面形，由此構(gòu)成類三棱柱體，且四周側(cè)面刻有網(wǎng)格刻度線。
[0011]所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述糾偏器包括矩形盒體，矩形盒體頂面或者側(cè)面安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上，矩形盒體內(nèi)頂部、底部分別傾斜設(shè)置有平行激光反射鏡，兩平行激光反射鏡相互平行，且兩平行激光反射鏡呈后端高于前端的傾斜狀，矩形盒體后側(cè)、前側(cè)分別開有開口，且兩平行激光反射鏡后端之間對(duì)接矩形盒體后側(cè)開口，兩平行激光反射鏡前端之間對(duì)接矩形盒體前側(cè)開口。
[0012]所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述反射器包括水平的上支撐座，上支撐座中開有前后貫通上支撐座的通槽，通槽內(nèi)通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)角螺旋，所述轉(zhuǎn)軸下端穿出上支撐座，轉(zhuǎn)軸下端在上支撐座下方連接有豎向設(shè)置的激光反射鏡。
[0013]本發(fā)明測(cè)量過程為:測(cè)點(diǎn)相連兩次讀數(shù)之差為該時(shí)間段內(nèi)的沉降，幾次差值之和為該幾段時(shí)間內(nèi)的沉降，同時(shí)測(cè)量激光發(fā)射器的坐標(biāo)變化對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正；拱頂絕對(duì)坐標(biāo)獲取:首次測(cè)量時(shí)拱頂沉降極小，那么可以認(rèn)為初始坐標(biāo)就對(duì)應(yīng)拱頂絕對(duì)坐標(biāo)。以后的絕對(duì)坐標(biāo)值即是變形量和初始絕對(duì)坐標(biāo)值的差值；精度分析:本測(cè)量方法估讀位為0.1mm,精度是1_，并且在拱頂接收器的高透玻璃體的前后左右四面都可以讀數(shù)，可以多次讀數(shù)提高精度。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為:監(jiān)測(cè)時(shí)不受隧道的斷面大小和內(nèi)部施工影響，效率高，操作方便，安全可靠，精度高，節(jié)約人力和成本。隨時(shí)可監(jiān)測(cè)拱頂?shù)某两?，?shí)時(shí)觀察拱頂沉降變化，確保施工安全的進(jìn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)側(cè)剖視圖。
[0016]圖2為本發(fā)明拱頂接收器部分正視圖。
[0017]圖3為本發(fā)明激光發(fā)射器裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明拱頂接收器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明高透玻璃體示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明糾偏器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖7為本發(fā)明糾偏器光學(xué)原理圖。
[0022]圖8為本發(fā)明反射器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1、圖2所示，一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)置在盾構(gòu)隧道進(jìn)口處拱頂上的懸掛平臺(tái)8，懸掛平臺(tái)8上安裝有激光發(fā)射器裝置1，激光發(fā)射器裝置I的激光頭Ia朝向盾構(gòu)隧道內(nèi)，激光發(fā)射器裝置I激光頭Ia前方的盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片9上依次設(shè)置有一組或多組拱頂接收器2、糾偏器4，盾構(gòu)隧道拐彎段與直線段結(jié)合處的拱頂管片9上設(shè)置有反射器3，激光發(fā)射器裝置1、多組拱頂接收器2、糾偏器4、反射器3處于同一與盾構(gòu)隧道中心軸線平行的直線上。
[0024]如圖3所示。激光發(fā)射器裝置I包括水平連接在懸掛平臺(tái)8上的底座，底座上設(shè)置配有激光調(diào)節(jié)器Ib的激光發(fā)射器lc，且激光發(fā)射器Ic底部四角與底座之間分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有腳螺旋6，激光頭Ia設(shè)置在激光發(fā)射器Ic前側(cè)面上，且激光發(fā)射器Ic前側(cè)面沿左右水平方向、左側(cè)面或右側(cè)面沿前后水平方向分別設(shè)置有水準(zhǔn)管5。
[0025]如圖4、圖5所示。拱頂接收器2包括上下排列且相互水平平行的頂板2b、支撐板2c，以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在頂板2b、支撐板2c之間左、右端的腳螺旋6，其中頂板2b安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片9上，支撐板2c底部固定有高透玻璃體2a，且支撐板2c后側(cè)面或前側(cè)面沿左右水平方向設(shè)置有水準(zhǔn)管5，高透玻璃體2a左右面為對(duì)稱沿底邊向內(nèi)傾斜一定角度的兩個(gè)相同三角形面，前后則形成兩個(gè)相同的等腰梯形面，底面為矩面形，由此構(gòu)成類三棱柱體，且四周側(cè)面刻有網(wǎng)格刻度線。
[0026]如圖6、圖7所示。糾偏器4包括矩形盒體4a，矩形盒體4a頂面或者側(cè)面安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片9上，矩形盒體內(nèi)頂部、底部分別傾斜設(shè)置有平行激光反射鏡10，兩平行激光反射鏡10相互平行，且兩平行激光反射鏡10呈后端高于前端的傾斜狀，矩形盒體4a后側(cè)、前側(cè)分別開有開口，且兩平行激光反射鏡10后端之間對(duì)接矩形盒體4a后側(cè)開口，兩平行激光反射鏡10前端之間對(duì)接矩形盒體4a前側(cè)開口。糾偏器固定頂面時(shí)糾偏光線高度偏移；固定側(cè)面時(shí)糾偏光線水平偏移。
[0027]如圖8所示。反射器3包括水平的上支撐座3a，上支撐座3a中開有前后貫通上支撐座的通槽，通槽內(nèi)通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)角螺旋7，轉(zhuǎn)軸下端穿出上支撐座3a，且轉(zhuǎn)軸下端在上支撐座3a下方連接有豎向設(shè)置的激光反射鏡11。
[0028]本發(fā)明包括激光發(fā)射器裝置和拱頂接收器，激光發(fā)射器裝置設(shè)置在隧道進(jìn)口處，發(fā)射細(xì)激光束作為基準(zhǔn)線，拱頂接收器粘結(jié)在拱頂管片上，拱頂接收器隨著管片的變形而產(chǎn)生位置變化，因此激光穿過接收器的位置就會(huì)變化，每次測(cè)量只需讀取和記錄激光穿過玻璃體的刻度，利用每次記錄的刻度計(jì)算變形量和測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。同時(shí)，為解決隧道線路轉(zhuǎn)彎而在彎曲段設(shè)置的反射器，為解決激光束偏移過大而設(shè)置的糾偏器。
[0029]拱頂接收器主要包括一塊高透玻璃體，其正面和后面有網(wǎng)格刻度線，兩側(cè)面有水平刻度線，高透玻璃體和頂板之間設(shè)有兩個(gè)腳螺旋，通過調(diào)節(jié)腳螺旋使玻璃體水平。
[0030]反射器主要包括一塊激光反射鏡，激光反射鏡通過轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)角螺旋相連，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)角螺旋可以改變激光反射鏡的角度，從而調(diào)節(jié)激光束的方向。
[0031]糾偏器為一兩側(cè)開口矩形盒子，矩形盒子頂部和底部設(shè)置一對(duì)平行激光反射鏡，激光從開口射入，被平行激光發(fā)射鏡降位后從另外一面開口射出，從而達(dá)到糾正激光束的效果。
[0032]本發(fā)明中:
I)激光發(fā)射器安裝:
在隧道進(jìn)口處安裝一個(gè)懸掛平臺(tái)8，將激光發(fā)射器裝置I安放在懸掛平臺(tái)8上。位置先初步確定，使每個(gè)激光發(fā)射器裝置I發(fā)射的激光束在合適高度。然后調(diào)節(jié)腳螺旋6使水準(zhǔn)管5氣泡居中，從而使激光束平行于拱頂管片9內(nèi)壁。隨著測(cè)量長(zhǎng)度的增加，需要通過調(diào)節(jié)激光調(diào)節(jié)器Ib來調(diào)節(jié)激光的強(qiáng)度和光斑直徑等參數(shù)。把激光頭Ia設(shè)置為一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的初始坐標(biāo)以及每次測(cè)量校核時(shí)的坐標(biāo)。
[0033]2)接收器2安裝:
及時(shí)在需要監(jiān)測(cè)的拱頂管片9上布置拱頂接收器2，拱頂接收器2主要包含一塊高透玻璃體2a，其表面帶刻度網(wǎng)格。具體操作:將需要布置的位置表面清理干凈，用膠水將接收器與管片內(nèi)壁粘結(jié)起來。然后調(diào)節(jié)拱頂接收器2上腳螺旋6，使拱頂接收器2上水準(zhǔn)管5氣泡居中，從而使拱頂接收器2位置水平。每個(gè)拱頂接收器安裝完畢，激光發(fā)射器便開機(jī)發(fā)射激光光束，借助望遠(yuǎn)鏡12在距離拱頂接收器2適當(dāng)距離讀數(shù)，記下激光穿過拱頂接收器2的初始坐標(biāo)，每次監(jiān)測(cè)只需要讀數(shù)記錄即可，如此得到每個(gè)點(diǎn)的一系列坐標(biāo)值。如果正面操作不便，接收器兩側(cè)面以及后面同樣標(biāo)有刻度，因此可以在其他面上讀數(shù)。
[0034]3)反射器3安裝:
隧道走向并不一定是直線，有的需要轉(zhuǎn)彎。那就需要在拐彎段的合適位置粘結(jié)反射器
3。反射器3上的激光反射鏡11可以反射激光,使之改變方向。反射鏡3上設(shè)有轉(zhuǎn)角螺旋7，可以精確的微調(diào)激光反射鏡11位置。顯然，直線型盾構(gòu)隧道無需安裝。
[0035]4)糾偏器4安裝:
隧道有些比較長(zhǎng)；同時(shí)，激光發(fā)射器裝置I安裝時(shí)可能產(chǎn)生較大誤差，那么高度或水平誤差會(huì)隨激光傳播距離增加而不斷積累。在水平或者高度誤差達(dá)到約50mm時(shí)，就需要設(shè)置一個(gè)糾偏器4，同樣也是用膠水粘接在拱頂管片9上，這樣可以使激光調(diào)整到合適位置。盡管糾偏器4會(huì)隨拱頂發(fā)生沉降，但不會(huì)對(duì)后面激光產(chǎn)生影響。若激光束偏移量較小時(shí)則無需安裝。
[0036]5)數(shù)據(jù)處理:
拱頂沉降量計(jì)算:測(cè)點(diǎn)相連兩次讀數(shù)之差為該時(shí)間段內(nèi)的沉降，幾次差值之和為該幾段時(shí)間內(nèi)的沉降，同時(shí)要根據(jù)隧道口水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)變化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正；拱頂絕對(duì)坐標(biāo)獲取:首次測(cè)量時(shí)拱頂沉降極小，那么可以認(rèn)為初始坐標(biāo)就對(duì)應(yīng)拱頂絕對(duì)坐標(biāo)。以后的絕對(duì)坐標(biāo)值即是變形量和初始絕對(duì)坐標(biāo)值的差值；精度分析:本測(cè)量方法估讀位為0.1mm，精度是Imm,并且在拱頂接收器2的高透玻璃體2a的前后左右四面都可以讀數(shù)，可以多次讀數(shù)提高精度。
【權(quán)利要求】
1.一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括設(shè)置在盾構(gòu)隧道進(jìn)口處拱頂上的懸掛平臺(tái)，懸掛平臺(tái)上安裝有激光發(fā)射器裝置，所述激光發(fā)射器裝置的激光頭朝向盾構(gòu)隧道內(nèi)，激光發(fā)射器裝置激光頭前方的盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上依次設(shè)置有一組或多組拱頂接收器、糾偏器，盾構(gòu)隧道拐彎段與直線段結(jié)合處的拱頂管片上設(shè)置有反射器，所述激光發(fā)射器裝置、多組拱頂接收器、糾偏器、反射器處于同一與盾構(gòu)隧道中心軸線平行的直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述激光發(fā)射器裝置包括水平連接在懸掛平臺(tái)上的底座，底座上設(shè)置配有激光調(diào)節(jié)器的激光發(fā)射器，且激光發(fā)射器底部四角與底座之間分別轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有腳螺旋，激光頭設(shè)置在激光發(fā)射器前側(cè)面上，且激光發(fā)射器前側(cè)面沿左右水平方向、左側(cè)面或右側(cè)面沿前后水平方向分別設(shè)置有水準(zhǔn)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述拱頂接收器包括上下排列且相互水平平行的頂板、支撐板，以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在頂板、支撐板之間左、右端的腳螺旋，其中頂板安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上，支撐板底部固定有高透玻璃體，且支撐板后側(cè)面或前側(cè)面沿左右水平方向設(shè)置有水準(zhǔn)管，所述高透玻璃體左右面為對(duì)稱沿底邊向內(nèi)傾斜一定角度的兩個(gè)相同三角形面，前后則形成兩個(gè)相同的等腰梯形面，底面為矩形面，由此構(gòu)成類三棱柱體，且四周側(cè)面刻有網(wǎng)格刻度線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述糾偏器包括矩形盒體，矩形盒體頂面或者側(cè)面安裝在盾構(gòu)隧道直線段拱頂管片上，矩形盒體內(nèi)頂部、底部分別傾斜設(shè)置有平行激光反射鏡，兩平行激光反射鏡相互平行，且兩平行激光反射鏡呈后端高于前端的傾斜狀，矩形盒體后側(cè)、前側(cè)分別開有開口，且兩平行激光反射鏡后端之間對(duì)接矩形盒體后側(cè)開口，兩平行激光反射鏡前端之間對(duì)接矩形盒體前側(cè)開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾構(gòu)隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述反射器包括水平的上支撐座，上支撐座中開有前后貫通上支撐座的通槽，通槽內(nèi)通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有轉(zhuǎn)角螺旋，所述轉(zhuǎn)軸下端穿出上支撐座，轉(zhuǎn)軸下端在上支撐座下方連接有豎向設(shè)置的激光反射鏡。
【文檔編號(hào)】E21D9/06GK104373129SQ201410577486
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】朱大勇, 徐小馬, 盧坤林, 劉誠(chéng), 王小金 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)