[發明專利]圍巖內部位移的遠距離觀測裝置

有效

• 申請號: 201010611315.1
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN102168948A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 劉小燕;張程遠;劉泉聲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明涉及一種圍巖位移觀測裝置，屬于工程測量技術領域。

背景技術

近年來，我國重大基礎設施建設蓬勃發展，隧洞工程（隧道、地下洞庫、地下廠房、巷道網絡）大量興建。工程建設中普遍使用的新奧法，主張在初期支護中采用錨桿、掛網、噴射混凝土等手段將圍巖與噴錨支護連成共同受力體，最大限度地利用圍巖自身承載能力，節約支護材料，并可獲得更好的支護效果。為達到其動態施工的要求，必須在施工過程中對圍巖變形進行跟蹤監測，根據監測信息及時調整計算模型，反演確定圍巖物理力學參數和原巖應力場，指導設計和施工方案的動態調整。

圍巖變形監測是確定圍巖參數的依據，其中，內部位移是非常重要的監測內容。目前，隧洞施工中的圍巖內部位移監測多采用手工測量、人工讀數，不僅費力，而且耗時多，監測信息反饋周期長，使得地應力場反分析和穩定性分析計算難以實時進行；而且內部變形的測量需要現場原位操作，既影響工程施工進度，又造成安全隱患。

圍巖內部位移的測量一般采取多點位移計，測量時通常采用尺子進行讀數，例如中國專利92229267公開的多點位移計，采用鋼性測桿代替鋼絲傳遞錨頭位移量，并進行讀數；中國專利CN2725847Y公開的大位移量直讀式多點位移計，通過長軟尺和放大鏡觀測窗口，實現巖石內部大位移的測量；中國專利200710052926公開的機械式多點位移計，通過主尺和副尺結合，提高了測量精度和量程。除了機械類型的位移計，還有電磁類型的位移測量裝置。例如中國專利902247905公開的多點位移計，利用懸臂梁上的應變片轉化位移為電壓，測量鋼弦絲的位移；中國專利93236366公開的無線鉆孔多點位移計，利用測桿探測器接近圍巖鉆孔內固定的被測磁鐵，得到接近信號后通過測桿讀出磁鐵位置。這類儀器裝置在實際應用中存在一些不足之處：1）需要人工接近測量孔進行讀數，對于大斷面的地下空間工程，人員難以爬高測量，故不易實施，且人為讀數的誤差較大；2）人員測量需要腳手架、梯子或臺車等協助，阻礙了隧道施工過程中車輛和人員通過，影響正常施工。?因此在隧道、礦山巷道等地下工程建設中，造成了很多該用不用、該密切監測卻因為測量困難而流于形式的狀況。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種圍巖內部位移的遠距離觀測裝置，能遠距離、方便地觀測到圍巖內部多個測點的變形，量程大、精度高。

本發明提供的圍巖內部位移的遠距離觀測裝置，包括帶轉軸的支架和多個圓環狀的位移轉盤，位移轉盤內圓圓周處帶凸緣，套裝于轉軸上，可繞轉軸轉動，遮光板固定在轉軸上，推緊并遮蓋位移轉盤；位移轉盤外徑往遮光板側依次減小，且朝向遮光板面圓周處有環狀編碼；遮光板上有窗口，從窗口可以觀察到所有位移轉盤上的環狀編碼；測點錨固頭和鋼絲連接，鋼絲繞過位移轉盤的凸緣，通過動滑輪兩兩連接，動滑輪上掛一重錘，使鋼絲保持繃緊狀態；還包括觀測環狀編碼的望遠鏡組，圖像傳感器在望遠鏡組之后，并與計算機相連。

在使用過程中，將多個測點錨固頭與圍巖測量鉆孔內巖壁固定連接，支架固定在鉆孔圍巖上，測點錨固頭與鋼絲連接，鋼絲繞過轉軸在動滑輪上兩兩連接，鋼絲的移動可以無相對滑動地帶動位移轉盤旋轉；多個不同直徑的位移轉盤同軸安裝在轉軸上，帶窗口的遮光板遮蓋位移轉盤；每個位移轉盤表面都有環狀編碼；遮光板上的窗口使得外部可以同時觀測到多個不同直徑的位移轉盤上的環狀編碼；圖像傳感器在望遠鏡組之后，可接收位移轉盤編碼的光學成像；圖像傳感器與計算機相連，計算機內裝有軟件，可通過實時記錄通過位移轉盤窗口暴露的環狀編碼，分析得到每個位移轉盤的轉動角度，進一步計算得到圍巖內部多個測點的位移數值。

實際應用中，作為一種優選，

位移裝盤的凸緣的高度比鋼絲直徑大1~2mm，使得鋼絲橫向位移的空間減少。這樣可以進一步提高測量的精度。

遮光板上的窗口為矩形。

位移轉盤為聚丙烯材料制成。

本發明中所述的環狀編碼可采用已有的水準儀條碼尺編碼（參見專利CN100470197C公布的條碼和編碼解碼方法）。

在工程應用中，望遠鏡組固定，避免觀測系統本身定位的誤差對觀測結果的影響。使用本發明裝置來觀測圍巖內部變形的過程如下：

①?將觀測裝置的測點錨固頭與圍巖鉆孔壁固定連接，鋼絲經由動滑輪在重錘作用下均衡拉緊；通過望遠鏡組在圖像傳感器上成像，記錄每個位移轉盤露出編碼的初始位置。