[發明專利]一種隧道施工拱頂沉降監測裝置與方法

有效

• 申請號: 201910257595.1
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110006393B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 丁萬濤;王楊;劉克奇;陳瑞;陳磊;侯銘壘;史培賀;李明江;龔英杰;程旭東;李會良
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01B7/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種隧道施工拱頂沉降監測裝置進行掌子面開挖前后拱頂沉降全過程監測的方法，其特征在于，主要包括如下步驟：

A、在開挖掌子面上方往前打孔，用于安放測斜管；

B、將多個測斜傳感器分別安置在測斜管對應的安置槽中，每隔n米設置一個，測斜傳感器的電線置于測斜管的電線通道中，電線終端位于測斜管管口處，測斜傳感器包括本體，在所述的本體內部設有一個密閉倉，在所述的密閉倉內盛裝有導電液體，所述的導電液體深度等于倉體高度的1/2，且在密閉倉內布設有三個與水平面垂直的鉑電極，所述的鉑電極的一端插入所述的導電液體中，另一端通過電線與監測儀相連；

C、將測斜管放置于預先打好的鉆孔內，并以管口“正上負下”放置；

D、將測斜管口的各個測斜傳感器的電線分別與監測儀連接；

E、掌子面開挖前監測儀分別讀取每個測斜傳感器數值記為初始值，掌子面開挖過程中，每次需要采集數據就記錄一次數值；

F、然后計算求得相鄰傳感器之間的相對位移，計算方法如下：

定義第二電極為公共電極，定義第一、第三電極為端電極，令：第一電極、第二電極之間的電阻為R₁₂，第二電極、第三電極之間的電阻為R₂₃，且R₁₂＝R₂₃；l₁為第一電極浸入導電液體部分的長度，l₃為第三電極浸入導電液體部分的長度；l₀為第二電極浸入導電液體部分的長度；L為第一電極、第二電極及第二電極、第三電極之間距離；E_t為橋路激勵振蕩電壓；dθ為傳感器傾斜量；dE為電橋輸出電壓；R_B為橋臂匹配電阻；I₁為第一電極和第二電極之間的電流，I₂為第二電極和第三電極之間的電流；V₁為第一電極和第二電極之間的電壓，V₂為第二電極和第三電極之間的電壓；

把傳感器相應電極與兩個相同的精密電阻R_B聯成交流電阻電橋,R₁₂、R₂₃分別與R_B串聯，在其公共電極與R_B公共結點之間加上固定的交流電壓E_t；

根據測斜傳感器與監測儀連接的交流電橋電路，得到

V₁＝-I₁·R₁₂

V₂＝-I₂·R₂₃

根據c是與導電液電阻率、幾何尺寸有關的常數，得：

又因為，l₃＝l₀-Δl，l₁＝l₀+Δl；由上式可計算得相對位移Δl；

拱頂沉降引起測斜管的變形，進而引起測斜傳感器的傾斜，將傾角變化轉化成電阻變化,再經交流電阻電橋變換成電壓訊號，通過計算得出每個傳感器的傾斜量，進而計算得出每段測斜管的變形量,根據疊加法計算得出整段測斜管發生的撓曲變形，即為該段的拱頂沉降總位移，拱頂沉降總位移的計算方法如下：

計算測斜管每隔n米設置一個傳感器安置槽，所以該段測斜管測得的豎直沉降量為再根據疊加法計算得出整段測斜管發生的撓曲變形，即為整段的拱頂沉降位移。

2.如權利要求1中所述的監測方法，其特征在于，步驟D中，將監測儀依次與測斜傳感器連接，分別讀取各個傳感器的數值。

3.一種采用權利要求1-2的監測方法的隧道施工拱頂沉降監測裝置，其特征在于，包括測斜傳感器、測斜管和監測儀；

所述的測斜傳感器固定在所述的測斜管內，測斜傳感器包括本體，在所述的本體內部設有一個密閉倉，在所述的密閉倉內盛裝有導電液體，且在密閉倉內布設有三個與水平面垂直的鉑電極，所述的鉑電極的一端插入所述的導電液體中，另一端通過電線與監測儀相連；所述的監測儀位于測斜管外。