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申请/专利权人：浙江广川工程咨询有限公司;浙江省水利河口研究院

摘要：本发明涉及隧道施工勘测技术领域，具体涉及基于等压面原理的隧洞拱顶下沉观测装置及测量方法。本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，包括隧洞，所述隧洞包括隧洞拱顶，隧洞进口和隧洞出口，所述隧洞拱顶安装有若干钢筋桩吊环，所述钢筋桩吊环上安装有观测点装置，所述观测点装置包括观测盒，所述观测盒下部设有进水阀门和出水阀门，所述观测盒内部设有液压传感器，所述观测盒上部设有平压阀门和电缆开槽，所述隧洞的进口或者出口外安装有起测点装置，所述基准点槽内设有液压传感器，所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器通过电缆并联接入采集单元。

主权项：1.一种基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置的测量方法，包括如下步骤：（1）安装观测点装置：在隧道拱顶安装钢筋桩，将观测盒上部的挂钩挂在钢筋桩的钢筋桩吊环上；（2）在隧洞进口和隧洞出口外布置起测点装置，安装水箱，基准点槽和采集单元，通过混凝土将水准标点与基准点槽紧密连接，使用水准仪测出水准点埋设高程H，使用游标卡尺测出水准点与液压传感器埋设位置高差Δh，则基准点液压传感器装置安装处的高程为H-Δh；（3）将所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形；（4）将所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器仪器电缆依次并联起来并接入采集单元；（5）在水箱中注水，打开观测点装置的进水阀门和出水阀门，其中最外端观测点装置的出水阀门关闭，通过观测点装置的平压阀门进行平压至平压阀门有水渗出时关闭平压阀门；（6）用采集单元自动化读取并计算各观测点装置中的液压传感器水头，其中基准点槽内液压传感器水头为h0i，观测点装置的液压传感器水头为hni，同时用水准仪测出水准标点处的高程为H，水准标点与基准点槽内液压传感器埋设位置高差Δh，则相应各观测点液压传感器装置安装处的高程为Hni=H-Δh+h0i-hni；相应各观测点拱顶下沉值等于初始测值与本次测值之差Hn1-Hni，式中n为观测点的序号，i为测值次数;所述基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，包括隧洞，起测点装置和若干观测点装置，所述隧洞包括隧洞拱顶，隧洞进口和隧洞出口，所述隧洞拱顶安装有钢筋桩，所述钢筋桩上设有若干钢筋桩吊环，所述钢筋桩吊环上安装有观测点装置，所述观测点装置包括观测盒，所述观测盒下部设有进水阀门和出水阀门，所述观测盒内部设有液压传感器，所述观测盒上部设有平压阀门和电缆开槽，所述隧洞的进口或者出口外安装有起测点装置，所述起测点装置包括水箱，水准标点，采集单元和基准点槽，所述基准点槽内设有液压传感器，所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形，所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器通过电缆并联接入采集单元；所述电缆开槽设有密封圈；所述观测盒上部设有挂钩；所述基准点槽和水准标点通过混凝土紧密连接；所述水箱位置高程高于水准标点位置高程。

全文数据：基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置及测量方法技术领域[0001]本发明涉及隧道施工原型安全监测技术领域，具体涉及一种基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置及测量方法。背景技术[0002]隧道拱顶的下沉过程及其最终沉降量则是隧道支护设计及地层环境控制的重要基础，因此，为了保障隧道的安全施工，及时掌握隧道整体的稳定情况，需要进行隧道拱顶下沉监测。对于地下隧洞拱顶下沉监测，常规方法主要有：1测量拱顶及两侧拱脚共3个收敛测点位移，并假定拱脚测点无竖向位移，在平面直角坐标系中换算得到拱顶测点沉降位移；2通过在拱顶测点吊环处悬挂水准尺并用水准仪测量拱顶高程计算得到拱顶沉降位移;3在拱顶测点收敛粧末端吊环处设置反光十字贴，通过全站仪直接测量拱顶高程坐标计算得到拱顶沉降位移。综上，常规方法仅能进行人工观测，在大跨度及高洞高断面监测作业时，或立水准尺或者悬挂钢尺困难，或收敛测点间距离过大，收敛读数仪测读误差大或超仪器量程，或由于施工粉尘大，较难发现反光片十字中心标志或光学仪器测量误差较大。[0003]因此，针对以上难题，研宄一种能够实现自动化、连续监测隧道拱顶下沉的观测装置和测量方法，尤其是在大跨度地下洞室观测断面密集布置的情形下具有重要的工程意义。发明内容[0004]针对上述工程背景拱顶下沉监测技术存在的不足和缺陷，本发明的目的旨在提供一种可靠的、连续自动化观测测量装置和观测方法，该装置结构原理简单，操作方便快捷，可以很好的解决以上难题，具体方案如下：基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，包括隧洞，起测点装置和若干观测点装置，所述隧洞包括隧洞拱顶，隧洞进口和隧洞出口，所述隧洞拱顶安装有钢筋桩，所述钢筋桩上设有若干钢筋桩吊环，所述钢筋桩吊环上安装有观测点装置，所述观测点装置包括观测盒，所述观测盒下部设有进水阀门和出水阀门，所述观测盒内部设有液压传感器，所述观测盒上部设有平压阀门和电缆开槽，所述隧洞的进口或者出口外安装有起测点装置，所述起测点装置包括水箱，水准标点，采集单元和基准点槽，所述基准点槽内设有液压传感器，所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形，所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器通过电缆并联接入采集单元。[0005]所述电缆开槽设有密封圈。保证观测盒内密封。[0006]所述观测盒上部设有挂钩。方便观测盒挂在钢筋粧吊环上。[0007]所述基准点槽和水准标点通过混凝土紧密连接。[0008]所述水箱位置高程高于水准标点位置高程。[0009]一种使用本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉观测装置的测量方法，包括如下步骤：1安装观测点装置:在隧道拱顶安装钢筋桩，将观测盒上部的挂钩挂在钢筋桩的钢筋桩吊环上；⑵在隧洞进口和隧洞出口外布置起测点装置，安装水箱，基准点槽和采集单元，通过混凝土将水准标点与基准点槽紧密连接，使用水准仪测出水准点埋设高程H，使用游标卡尺测出水准点与液压传感器埋设位置高差Ah，则基准点液压传感器装置安装处的高程为H-Ah；3将所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形；4将所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器仪器电缆依次并联起来并接入米集单兀；5在水箱中注水，打开观测点装置的进水阀门和出水阀门，其中最外端观测点装置的出水阀门关闭，通过观测点装置的平压阀门进行平压至平压阀门有水渗出时关闭平压阀门；6用采集单元自动化读取并计算各观测点装置中的液压传感器水头，其中基准点槽内液压传感器水头为，观测点装置的液压传感器水头为Ani，同时用水准仪测出水准标点处的高程为，水准标点与基准点槽内液压传感器埋设位置高差Ah则相应各观测点液压传感器装置安装处的高程为相应各观测点拱顶下沉值等于初始测值与本次测值之差，式4¾为观测点的序号，i为测值次数。[0010]在本发明的上述技术方案中，在相互联通的同一种液体管道相互连接的水箱，基准点槽，观测点装置）中，水箱与大气相通，而相应的观测点装置密封，并安置平压阀门，使同一水平面即为相应的等压面，利用等压面原理，将相应的液压传感器与观测装置连接，即可形成一套拱顶下沉的自动化观测系统设备。[0011]本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置及测量方法，能够实现自动化观测，可以节省时间，提高观测频次，而且结构较为简单，操作方便快捷，尤其在大跨度地下洞室观测断面密集布置的情形下具有明显优势，完全避免了在特大断面作业时，则因为立水准尺或者悬挂钢尺困难而不便操作，或者在施工期间，空气中灰尘较多致使可见度不高往往难以发现反光片十字中心标志，而导致测量无法进行。由此所带来的由于没有准确及时地测量所造成的重大安全事故。[0012]附图说明：图1是本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置的结构示意图一；图2是本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置的结构示意图二；图3是本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置中观测点装置的结构示意图。[0013]图中标记为：1-观测盒;2-水箱;3-采集单元;4-水准标点;5-电缆;6_管道;7-基准点槽;8_密封圈；9-平压阀门，10-液压传感器；11a-进水阀门；11b_出水阀门；12.挂钩；13•钢筋桩吊环;14.隧洞。[0014]具体实施方式：下II]结合图1-3进行进一步说明：基于等压面原理的隧洞拱顶下沉观测装置，包括隧洞14，起测点装置和若干观测点装置（图中为4个），隧洞14包括隧洞拱顶，隧洞进口和隧洞出口，隧洞拱顶安装有钢筋桩，钢筋桩上设有若干钢筋粧吊环i3，钢筋粧吊环丨3上安装有观测点装置，观测点装置包括观测盒1，观测盒i下部设有进水阀门ila和出水阀门丨ib，观测盒1内部设有液压传感器10，观测盒1上部设有平压阀门9和电缆开槽，隧洞的进口或者出口外安装有起测点装置，起测点装置包括水箱2，水准标点4，采集单元3和基准点槽7，基准点槽7内设有液压传感器10,基准点槽7,水箱2,观测点装置的进水阀门11a通过管道6相连，观测点装置的出水阀门1lb和相邻观测点装置的进水阀门ila相连，相邻的观测点装置之间的管道6呈“U”字形，观测点装置的液压传感器10和起测点装置的液压传感器10同采集单元3通过电缆5依次并联。电缆开槽设有密封圈8。保证观测盒1内密封。观测盒1上部设有挂钩12。方便观测盒1挂在钢筋桩吊环13上。基准点槽7和水准标点4通过混黏土紧密连接。水箱2位置高程高于水准标点4位置高程。[0015]一种使用本发明基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置的测量方法，包括如下步骤：1安装观测点装置:在隧道拱顶安装钢筋桩，将观测盒上部的挂钩12挂在钢筋桩的钢筋粧吊环13上；2在隧洞进口和隧洞出口外布置起测点装置，安装水箱2，基准点槽7和采集单元3，通过混凝土将水准标点4与基准点槽7紧密连接，使用水准仪测出水准点埋设高程H，使用游标卡尺测出水准点与液压传感器埋设位置高差Ah，则基准点液压传感器装置安装处的高程为H-Ah;3所述基准点槽7,水箱2,观测点装置的进水阀门lla通过管道6相连，所述观测点装置的出水阀门lib和相邻观测点装置的进水阀门lla相连，所述相邻的观测点装置之间的管道6呈“U”字形；4将所述观测点装置的液压传感器1〇和起测点装置的液压传感器]_〇同采集单元3通过电缆5依次并联起来；5在水箱2中注水，打开观测点装置的进水阀门lla和出水阀门llb，其中最外端观测点装置的出水阀门1lb关闭，通过观测点装置的平压阀门9进行平压至平压阀门〇有水渗出时关闭平压阀门9;6用采集单元3依次读取各观测点装置中的液压传感器10水头，其中基准点槽7内液压传感器10水头为hi，观测点装置的液压传感器10水头为^ni，同时用水准仪测出水准标点4处的高程水准标点4与基准点槽内液压传感器10埋设位置高差AA，则相应观测点装置安装处的高程迅相应各观测点拱顶下沉值等于初始测值与本次测值之差心-^，式中；1为观测点的序号，i为测值次数。[0016]上述实施例是用于例示性说明本发明的原理及其功效，但是本发明并不限于上述实施方式。本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。因此本发明的保护范围，应如本发明的权利要求书覆盖。

权利要求：1.基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，其特征在于:包括隧洞，起测点装置和若干观测点装置，所述隧洞包括隧洞拱顶，隧洞进口和隧洞出口，所述隧洞拱顶安装有钢筋桩，所述钢筋桩上设有若干钢筋桩吊环，所述钢筋桩吊环上安装有观测点装置，所述观测点装置包括观测盒，所述观测盒下部设有进水阀门和出水阀门，所述观测盒内部设有液压传感器，所述观测盒上部设有平压阀门和电缆开槽，所述隧洞的进口或者出口外安装有起测点装置，所述起测点装置包括水箱，水准标点，采集单元和基准点槽，所述基准点槽内设有液压传感器，所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形，所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器通过电缆并联接入采集单元。2.如权利要求1所述的基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，其特征在于:所述电缆开槽设有密封圈。3.如权利要求1所述的基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，其特征在于:所述观测盒上部设有挂钩。4.如权利要求1所述的基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，其特征在于:所述基准点槽和水准标点通过混凝土紧密连接。5.如权利要求1所述的基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置，其特征在于:所述水箱位置高程高于水准标点位置高程。6.—种使用如权利要求1所述的基于等压面原理的隧洞拱顶下沉监测系统装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1安装观测点装置:在隧道拱顶安装钢筋桩，将观测盒上部的挂钩挂在钢筋桩的钢筋粧吊环上；2在隧洞进口和隧洞出口外布置起测点装置，安装水箱，基准点槽和采集单元，通过混凝土将水准标点与基准点槽紧密连接，使用水准仪测出水准点埋设高程H，使用游标卡尺测出水准点与液压传感器埋设位置高差Ah，则基准点液压传感器装置安装处的高程为H-△h;3将所述基准点槽，水箱，观测点装置的进水阀门通过管道相连，所述观测点装置的出水阀门和相邻观测点装置的进水阀门相连，所述相邻的观测点装置之间的管道呈“U”字形；4将所述观测点装置的液压传感器和起测点装置的液压传感器仪器电缆依次并联起来并接入采集单元；5在水箱中注水，打开观测点装置的进水阀门和出水阀门，其中最外端观测点装置的出水阀门关闭，通过观测点装置的平压阀门进行平压至平压阀门有水渗出时关闭平压阀门；6用采集单元自动化读取并计算各观测点装置中的液压传感器水头，其中基准点槽内液^传感器水头为2〇i，观测点装置的液压传感器水头为，同时用水准仪测出水准标点处的高程为仏水准标点与基准点槽内液压传感器埋设位置高差Ah，则相应各观测点液压传感器装置安装处的高程为凡产丑-相应各观测点拱顶下沉值等于初始测值与本次测值之差式4½为观测点的序号，i为测值次数。

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