一種隧道開挖變形智能預警裝置的制造方法
【專利摘要】一種隧道開挖變形智能預警裝置，包括沿隧道軸線方向布置在隧道洞室的若干并聯在一起的單體預警裝置，其中，每個單體預警裝置均包括報警器、沉降監測裝置和伸縮桿，沉降監測裝置包括標尺、第一調節器、第二調節器、上觸頭和下觸頭，所述上觸頭通過固定截面與伸縮桿的上端連接，下觸頭與伸縮桿的下端連接；上觸頭與下觸頭組成電路開關的兩個觸頭，電路開關、報警器以及報警燈組成閉合電路；工作時，隧道洞室變形時帶動伸縮桿縮短，隨之帶動上觸頭向下觸頭移動，當上觸頭與下觸頭接觸時，電路開關閉合，使得報警器、報警燈通電，報警燈亮，報警器工作。本實用新型不僅避免了目前隧道工程監測方法的弊端，而且預報及時準確，簡單易行，能有效的減少成本。
【專利說明】
一種隧道開挖變形智能預警裝置
技術領域
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[0001]本實用新型屬于隧道施工監測領域，具體涉及一種隧道開挖變形智能預警裝置。【背景技術】:
[0002]隨著我國經濟的飛速發展，我國的交通網建設也迅速增長。高速公路網絡以及高速鐵路大量建設，城市地鐵也進入高速發展期，出現越來越多的隧道工程。隧道的開挖會對周邊土體和環境產生影響，嚴重時將造成隧道主體坍塌，易造成人員傷亡和資金損失，在隧道工程建設中不乏這方面的慘重教訓。
[0003]隧道監控量測作為隧道新奧法施工的三大核心之一，對評價隧道施工方法的可行性、設計參數的合理性，了解隧道施工圍巖變形特性能夠提供準確、及時的依據，對隧道二次襯砌的施作時間具有決定性意義；因此，它是保障隧道建設成功的重要手段。在隧道運營過程中，持續的隧道結構變形監測是隧道運營安全的重要保障。
[0004]目前隧道施工監測采用的方法主要為:常規儀器檢測法和三角形量測法。常規儀器檢測法即是通過鋼尺式收斂計和掛鋼尺抄平，該方法具有成本低、操作簡單等優點，但這種接觸法監測精度低、現場操作強度高、難度大，并且僅限測量固定時間點的沉降量，無法準確及時預測到隧道事故的發生。
[0005]三角形量測法多按十字形、三角形和交叉形等布置，采用收斂計，量出各測點間距離，利用公式間接求出拱頂下沉量。采用三角法測量時，由于三角形量測法要求各測點在同一垂直平面內，且洞壁測點必須為水平，且該方法受溫度及儀器因素影響較大，精確度不能得到有效保證，施工費用也相對較高，且同樣不能進行實時變形預警。
[0006]綜上所述，現有的檢測方法的主要缺點為監測時間不靈活，不能做到實時監測，認為影響因素較大，所需費用較大。
【實用新型內容】:
[0007]本實用新型的目的是針對現有技術的缺陷和不足，提供了一種隧道開挖變形智能預警裝置，可以對隧道開挖工程的周邊土體變形進行實時監測。通過這種變形智能監測裝置不僅給工程的安全進行提供保障，同時減少隧道監測的工程費用，降低檢測人員的工作量，保證了監測工作的有序、有效的開展。
[0008]為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案予以實現的:
[0009]—種隧道開挖變形智能預警裝置，包括沿隧道軸線方向布置在隧道洞室的若干并聯在一起的單體預警裝置，其中，
[0010]每個單體預警裝置均包括報警器、沉降監測裝置和伸縮桿，沉降監測裝置包括標尺、第一調節器、第二調節器、上觸頭和下觸頭，所述上觸頭通過固定截面與伸縮桿的上端連接，下觸頭與伸縮桿的下端連接;上觸頭與下觸頭組成電路開關的兩個觸頭，電路開關、報警器以及報警燈組成閉合電路。
[0011]本實用新型進一步的改進在于，若干單體預警裝置等間距布置在隧道洞室。
[0012]本實用新型進一步的改進在于，所述伸縮桿包括上滑桿和下滑桿，上觸頭通過固定截面與伸縮桿的上滑桿連接，下觸頭與伸縮桿的下滑桿連接。
[0013]本實用新型進一步的改進在于，所述上滑桿的一端為空心結構，所述下滑桿的一端套裝在上滑桿的空心結構中。
[0014]本實用新型進一步的改進在于，所述空心結構中安裝有彈簧，所述下滑桿與彈簧連接。
[0015]本實用新型進一步的改進在于，所述上滑桿外部為長方形可打開式結構，沉降監測裝置設置在其內部。
[0016]本實用新型進一步的改進在于，所述上滑桿上設置有兩個刻度尺，用于輔助設置初始沉降預警值。
[0017]本實用新型進一步的改進在于，所述第一調節器和第二調節器均由依次外嚙合的四個齒輪組成，中間兩個齒輪中一個是固定齒輪，另一個是調節齒輪，兩邊的兩個齒輪均為轉動齒輪，第一調節器的兩個轉動齒輪分別與上滑桿內側設置的齒條外嚙合，第二調節器的兩個轉動齒輪分別兩個刻度尺內側設置的齒條外嚙合。
[0018]本實用新型進一步的改進在于，第一調節器和第二調節器的調節齒輪上還均設置有用于轉動調節齒輪的手柄。
[0019]與現有技術相比，本實用新型的優點如下:
[0020]本實用新型的基本原理是隧道拱頂的沉降引起伸縮桿的縮短，進而帶動上觸頭向下觸頭移動，以此控制智能預警電路系統的閉合，從而有效的對隧道工程事故進行預警。本實用新型不僅改善了現有隧道工程常規監測方法，使之預報及時準確，簡單易行，而且還可以有效的減少成本。
【附圖說明】
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[0021 ]圖1為隧道開挖變形智能預警裝置的橫斷面結構圖；
[0022]圖2為沉降監測裝置的結構參考示意圖；
[0023]圖3為沉降監測裝置的內部結構參考示意圖；
[0024]圖4為隧道變形智能預警裝置電路示意圖。
[0025]圖中:I為隧道洞室，2為上滑桿，3為下滑桿，4為沉降監測裝置，5為標尺，6為第一調節器，7為固定截面，8為第二調節器，9為彈簧，10為報警器。
【具體實施方式】
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[0026]以下結合說明書附圖和實施例對本實用新型做進一步的說明。
[0027]考慮到隧道的監測步距，本實用新型提供的隧道開挖變形智能預警裝置，沿著隧道的軸線方向，等間距(以1m為宜)布設變形預警單體裝置，所有的裝置進行并聯連接。滑動電路開關固定在伸縮桿的一側，線圈兩邊分別為導體段和絕緣段。
[0028]實施例:
[0029]遵從本實用新型的技術方案，該實施例的隧道開挖智能預警裝置如圖1至4所示，包括伸縮桿、沉降監測裝置4和報警器10。
[0030]伸縮桿包括上滑桿2和下滑桿3，上滑桿2為大直徑桿件，下滑桿3為小直徑桿件，上滑桿2的一端和下滑桿3的一端分別固定在隧道洞室I內的拱頂和仰拱上，上滑桿2空心結構的內徑為5 cm，下滑桿3的外徑和3 cm ο
[0031]如圖2所示，一種隧道工程事故預警設備，是圖1中核心部位一一沉降監測裝置4的放大圖，圖3為圖2的細部裝置示意圖，包括上觸頭N、下觸頭M、滑動控制電路開關K、報警器1和報警燈L。
[0032]在隧道中布置該預警裝置的方式為:首先用電鉆在隧道拱頂合適位置鉆大孔，鉆孔成型后噴射混凝土，待混凝土填滿后，及時將上滑桿2端部插入孔內，封閉大孔并固定。其中上滑桿2中間有兩個金屬片瓣膜，瓣膜處固定有1cm的彈簧4。接著，用電鉆在隧道仰拱上已確定的位置鉆小孔，鉆孔成型后開始注漿，待水泥漿溢出鉆孔后，及時將下滑桿3端部插入孔內，并立刻調整下滑桿3插入深度，使其另一端插上滑桿2空腔內并略微擠壓彈簧4。
[0033]布置好預警裝置后，打開伸縮桿外部窗口，即可對初始沉降預警值進行設置:轉動第一調節器6使標尺上端Ocm刻度線與上觸頭N下端處平齊，然后轉動第二調節器8，設置沉降預警值。
[0034]如圖4所示，為隧道變形預警網絡的電路圖，開關K兩端分別接通上觸頭N下端和下觸頭M上端。正常狀態下，上觸頭N與下觸頭M處于分離狀態，電路處于斷開狀態，隧道洞室發生拱頂沉降時，拱頂和仰拱之間的相對距離變小，彈簧被壓縮，上觸頭N向下觸頭M方向移動，當超過沉降預警值時，上觸頭N與下觸頭M接觸，金從而使電路閉合，報警喇叭發出報警聲，同時，對應報警燈亮起。
[0035]在隧道沉降過程中，結合儀器不定時檢測，如果發現伸縮桿的沉降值與儀器測定不一致時，可進行確認，如若確定伸縮桿的沉降值有誤，則可通過第一調節器6進行重置。
[0036]所述的隧道開挖變形智能預警裝置的預警方法，所述預警方法包括:首先，用電鉆在隧道拱頂合適位置鉆大孔，鉆孔成型后噴射混凝土，待混凝土填滿后，及時將上滑桿2端部插入孔內，封閉大孔并固定。其中上滑桿2中間有兩個金屬片瓣膜，瓣膜處固定有1cm的彈簧4。然后用電鉆在隧道仰拱上已確定的位置鉆小孔，鉆孔成型后開始注漿，待水泥漿溢出鉆孔后，及時將下滑桿3端部插入孔內，并立刻調整下滑桿3插入深度，使其另一端插上滑桿2空腔內并略微擠壓彈簧4。安裝完畢后，打開伸縮桿外部窗口，即可對初始沉降預警值進行設置:轉動第一調節器6使標尺上端Ocm刻度線與上觸頭N下端處平齊，然后轉動第二調節器8，設置沉降預警值。正常狀態下，上觸頭N與下觸頭M處于分離狀態，電路處于斷開狀態，隧道發生拱頂沉降時，拱頂和仰拱之間的相對距離變小，彈簧被壓縮，上觸頭N向下觸頭M方向移動，當超過沉降預警值時，上觸頭N與下觸頭M接觸，從而使電路開關K閉合，報警喇叭發出報警聲，同時，對應報警燈亮起。
[0037]在隧道沉降過程中，結合儀器不定時檢測，如果發現伸縮桿的沉降值與儀器測定不一致時，可進行確認，如若確定伸縮桿的沉降值有誤，則可通過第一調節器6進行重置。
【主權項】
1.一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，包括沿隧道軸線方向布置在隧道洞室(I)的若干并聯在一起的單體預警裝置，其中， 每個單體預警裝置均包括報警器(10)、沉降監測裝置(4)和伸縮桿，沉降監測裝置(4)包括標尺(5)、第一調節器(6)、第二調節器(8)、上觸頭和下觸頭，所述上觸頭通過固定截面(7)與伸縮桿的上端連接，下觸頭與伸縮桿的下端連接;上觸頭與下觸頭組成電路開關的兩個觸頭，電路開關、報警器(10)以及報警燈組成閉合電路。2.根據權利要求1所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，若干單體預警裝置等間距布置在隧道洞室(I)。3.根據權利要求1所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述伸縮桿包括上滑桿(2)和下滑桿(3)，上觸頭通過固定截面(7)與伸縮桿的上滑桿(2)連接，下觸頭與伸縮桿的下滑桿(3)連接。4.根據權利要求3所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述上滑桿(2)的一端為空心結構，所述下滑桿(3)的一端套裝在上滑桿(2)的空心結構中。5.根據權利要求4所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述空心結構中安裝有彈簧(9)，所述下滑桿(3)與彈簧(9)連接。6.根據權利要求4所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述上滑桿(2)外部為長方形可打開式結構，沉降監測裝置設置在其內部。7.根據權利要求6所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述上滑桿(2)上設置有兩個刻度尺(5)，用于輔助設置初始沉降預警值。8.根據權利要求7所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，所述第一調節器(6)和第二調節器(8)均由依次外嚙合的四個齒輪組成，中間兩個齒輪中一個是固定齒輪，另一個是調節齒輪，兩邊的兩個齒輪均為轉動齒輪，第一調節器(6)的兩個轉動齒輪分別與上滑桿(2)內側設置的齒條外嚙合，第二調節器(8)的兩個轉動齒輪分別兩個刻度尺(5)內側設置的齒條外嗤合。9.根據權利要求8所述的一種隧道開挖變形智能預警裝置，其特征在于，第一調節器(6)和第二調節器(8)的調節齒輪上還均設置有用于轉動調節齒輪的手柄。
【文檔編號】E21F17/18GK205578033SQ201620321362
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】程飛, 郭春霞, 劉彤, 賀思悅, 秦海洋, 劉厚全, 馮志華
【申請人】長安大學