专利名称：一种浅部地层多点沉降实时监测装置与方法
技术领域：
本发明属于土木工程监测技术领域，主要用于各种基坑、隧道、边坡工程的地层沉降监测。
背景技术：
在各种基坑、隧道、边坡工程中，经常对地表的沉降和地层中各分层沉降进行监测，实践中一般常用的监测方法包括(1)地表工程测量方法。即在拟监测的工程部位地表设置监测标点，在远离监测点的稳定区域设置基准点，采用全站仪或水准仪进行观测。(2 )单孔沉降仪法。即在一个钻孔中，不同深度安置磁环，采用沉降仪读取各测点(磁环)至地表的深度，换算各测点沉降量。(3)单孔多点位移计法。即在一个钻孔中不同深度埋设锚固段，并与钢杆连接传于地表，测量钢杆的移动作为不同深度测点的沉降。 上述三种测量方法中，存在一个共同的缺点，就是无法实现沉降的远程实时监测，在恶劣天气、工况复杂的条件下，无法开展现场实测工作。另外，第(I)种地表工程测量方法，只能测量地表沉降，无法对地层内部沉降进行观测；第(2)种单孔沉降仪法，其测量精度很低，人为误差很大，无法满足高精度监测；第(3)种单孔多点位移计法，测点安装工艺要求很高，测点植活率较低，测量存在人为误差。
发明内容
为了解决在目前的地层沉降测量装置存在的不能实现远程实时监测、测量精度低、安装工艺复杂且植活率低、对现场施工环境要求高等问题，本发明提出了一种浅部地层多点沉降实时监测装置与方法。本发明采用如下技术方案一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其包括测点与基准点的设置体系、沉降测量装置、数据采集传输装置；所述的测点与基准点的设置体系所述的基准点和每个测点均设有测量孔I、PVC钻孔套口 2、混凝土 3、连接孔5、钢杆6、连接螺扣7、回填细沙8、钢杆与钢筋焊接点9、对中支架10、钢筋11、混凝土锚固头12 ;PVC钻孔套口 2和钢杆6上涂抹黄油；在测量孔I内，对中支架10与钢筋11焊接，固定于混凝土锚固头12上，钢杆6与钢筋11焊接，钢杆6为多段，钢杆6由底端到顶端由连接螺扣7连接，顶端的钢杆6的末端设置有连接孔5，牵拉钢丝4穿过连接孔5与钢杆6连接，然后牵拉钢丝4由PVC钻孔套口 2引出，PVC钻孔套口 2由混凝土固定台3固定于地表处的测量孔I的空口处，回填细沙8填入测量孔I中。所述的基准点为I个，测点的个数为I个或I个以上，布置方式为以基准点Zktl为中心，测点zkn以600-1000mm为半径环绕其周围布置。所述钢筋11的型号为HRB335。所述测点的每个测量孔I的深度不同。沉降测量装置包括牵引钢丝4、标准基盘13、精密位移传感器14、数据线15 ;在牵引钢丝4上涂黄油，并包裹一层PE聚乙烯防腐薄膜；牵引钢丝4与精密位移传感器14连接，精密位移传感器14安装于标准基盘13上，用数据线15与数据采集传输装置的输入端相连。数据采集传输装置包括数据采集仪16、无线传输模块和无线发射器17 ;数据采集仪16和无线发射器17安装于沉降测量装置的标准基盘13上，数据采集仪16和无线发射器17连接，数据采集仪16的输入端使用数据线15与沉降测量装置中的精密位移传感器14相连。所述的测量孔I的直径为80mm。使用所述的浅部地层多点沉降实时监测装置进行监测的方法，其包括下述步骤SI、钻孔在拟监测的地层部位，采用钻机成孔形成测量孔，其中，用于设置基准点的测量孔I个，用于设置测点的测量孔为I个或I个以上若干，所述的基准点测量孔底部必须设置于稳定的岩土层中，各测点测量孔底部设置于地层沉降影响范围内。所述的测量孔 的深度不同。S2、基准点与测点锚固在基准点的测量孔中安装基准点锚固系统。首先向孔底注入约O. 5m浆液，然后将钢筋11与钢杆6焊接后逐段插入钻孔中，钢杆6之间由螺扣7相互连接，当钢筋11插入孔底浆液中时，钢杆6顶端距离孔口 O. 5m，与牵引钢丝4连接后，由PVC钻孔套口 2引出与精密位移传感器14连接，将回填细沙8填土测量孔I中；在测点的钻孔中重复步骤S2中的上述步骤。S3、沉降测量装置安设；安装标准基盘13 ;将基准点和测点处的牵引钢丝4分别与一台精密位移传感器14的测量钢丝输出口相连，所有的精密位移传感器14均安装于标准基盘13上；S4、数据采集与传输装置安设将数据采集仪16和无线发射器17安装于标准基盘13上，并用数据线15将精密位移传感器14与数据采集仪16连接，无线发射器17连接于数据采集仪16上。S5、保护措施为防止扰动破坏，防护措施包括为监测装置设置围栏与遮盖。本发明可以取得如下有益效果本发明是一套能够精密测量地层沉降(含地表和地层内部)的远程实时监测装置与方法，主要解决了以下技术问题(1)测点与基准点埋设问题。在一定深度的稳定地层中设置基准点，其他测点围绕基准点设置于不同深度地层中。基准点和测点沉降量均通过钢杆6和牵拉钢丝4传递于精密位移传感器14 ; (2)大量程沉降精密测量问题。本方法采用自制的精密位移传感器14实现各测点沉降量的测量，测量分辨率O. 1mm，测量精度O. 3%,量程500-1000mm ; (3)远程实时监测问题。本方法通过自制的数据采集系统16和无线传输模块17可以远距离实时监测地层沉降量的动态变化规律。因此，采用本装置和方法进行地层表面及地层内部多点沉降监测，可以实时得到测点的高精度沉降变化规律，设备安装简便，测量过程快速准确。
图I :本发明的装置平面结构图；图2 :图I的1-1平面图3 :图I的2-2平面图；图4 :图I的3-3平面图；图5 :地层多点沉降量计算原理中1.测量孔；2.涂黄油PVC钻孔套口 ；3.混凝土固定台；5.连接孔；6.涂黄油钢杆；7.连接螺扣；8.回填细沙；9.钢杆与钢筋焊接点；10.对中支架；11.HRB335钢筋；12.混凝土锚固头；13.标准基盘，14.精密位移传感器，15.数据线，16.数据采集系统；17.无线传输模块
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对于本发明做进一步的说明如图I至图4所示一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其包括测点与基准点的 设置体系、沉降测量装置、数据采集传输装置；所述的测点与基准点的设置体系所述的基准点和每个测点均设有测量孔I、PVC钻孔套口 2、混凝土 3、连接孔5、钢杆6、连接螺扣7、回填细沙8、钢杆与钢筋焊接点9、对中支架10、钢筋11、混凝土锚固头12 ;PVC钻孔套口 2和钢杆6上涂抹黄油；在测量孔I内，对中支架10与HRB335钢筋11焊接，固定于混凝土锚固头12上，钢杆6与钢筋11焊接，钢杆6为多段，钢杆6由底端到顶端由连接螺扣7连接，顶端的钢杆6的末端设置有连接孔5，牵拉钢丝4穿过连接孔5与钢杆6连接，然后牵拉钢丝4由PVC钻孔套口 2引出，PVC钻孔套口 2由混凝土固定台3固定于地表处的测量孔I的空口处，回填细沙8填入测量孔I中。所述的基准点为I个，测点的个数为I个或I个以上，布置方式为以基准点Zktl为中心，测点zkn以600-1000mm为半径环绕其周围布置。所述钢筋11的型号为HRB335。所述测点的每个测量孔I的深度不同。沉降测量装置包括牵引钢丝4、标准基盘13、精密位移传感器14、数据线15 ;在牵引钢丝4上涂黄油，并包裹一层PE聚乙烯防腐薄膜；牵引钢丝4与精密位移传感器14连接，精密位移传感器14安装于标准基盘13上，用数据线15与数据采集传输装置的输入端相连。数据采集传输装置包括数据采集仪16、无线传输模块和无线发射器17 ;数据采集仪16和无线发射器17安装于沉降测量装置的标准基盘13上，数据采集仪16和无线发射器17连接，数据采集仪16的输入端使用数据线15与沉降测量装置中的精密位移传感器14相连。所述的测量孔I的直径为80mm。在本实施例中,基准点记为Zkci,测点共有4个分别记为zk1; zk2, zk3, zk4。5个钻孔孔深依次为20. 5m (根据岩土体的变形特征确定,要求孔底在稳定的岩土体内)、16. 5m、12. 5m、8. 5m、4. 5m。施工过程如下SI钻孔在拟监测的地层部位，采用钻机成孔，钻孔直径80mm左右，其中，用于设置基准点的钻孔I个，编号为Zktl，用于设置测点的钻孔若干，本次作为案例设为4个钻孔，编号依次为zkp zk2> zk3、zk4, 5个钻孔孔深依次为20. 5m (根据岩土体的变形特征确定,要求:孔底在稳定的岩土体内)、16. 5m、12. 5m、8. 5m、4. 5m。S2基准点与测点锚固=Zktl钻孔安装基准点锚固系统。首先向孔底注入约O. 5m浆液，然后将钢筋11与钢杆6焊接后逐段插入钻孔中，钢杆6与钢杆6之间由螺扣7相互连接，当钢筋11插入孔底浆液中时，钢杆6顶端距离孔口 O. 5m,与牵引钢丝4连接后，由PVC钻孔套口 2引出与精密位移传感器14连接，将回填细沙8填土测量孔I中。zkpzkyzkyzk4钻孔重复上述步骤。S3沉降测量装置安设在测点Zk1和Zk2之间安置标准基盘13，将五台精密位移传感器14 一字排开，调整好角度后安装于标准基盘13上，测量钢丝输出口分别对准各自钻孔，并与牵拉钢丝4连接。S4数据采集与传输装置安设将数据采集仪16和无线发射器17安装于标准基盘13上，并用数据线15将5台精密位移传感器14与数据采集仪16连接，无线发射器17连接于数据采集仪16上。S5保护措施为防止扰动破坏，需为监测装置设置围栏与遮盖等保护措施。本发明的工作原理如下当地层发生沉降时，测点随即牵动钢杆6和牵拉钢丝4发生移动伸缩，精密位移传感器14测知位移量，数据采集仪即时采集数据，通过无线传输模块(移动平台)将数据实时传输到用户终端(手机或电脑)，计算形成监测曲线，实现远程实时监测的目的。计算原理如 下s0=h0-h' οh^So+lh' !=S^lh1~h/ != (s0+l) - (S1+!) =S0-S1则有S1=S0-(hfh' 1) = (h0-h/ 0)-(h1~h/ 工)式中h0为zkQ基准点锚固体初始深度；h' 0为t时刻地层沉降后Zktl基准点锚固体相对深度；S0为t时刻Zktl基准点地表沉降量；hi为Zk1测点锚固体初始深度；h' I为t时刻地层沉降后Zk1测点锚固体相对深度；S1为t时刻Zk1测点锚固体实际沉降量。
权利要求
1.一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其特征在于其包括测点与基准点的设置体系、沉降测量装置、数据采集传输装置； 所述的测点与基准点的设置体系所述的基准点和每个测点均设有测量孔(I)、PVC钻孔套口(2)、混凝土(3)、连接孔(5)、钢杆(6)、连接螺扣(7)、回填细沙(8)、钢杆与钢筋焊接点(9)、对中支架(10)、钢筋(11)、混凝土锚固头(12) ;PVC钻孔套口(2)和钢杆(6)上涂抹黄油；在测量孔(I)内，对中支架(10)与钢筋(11)焊接，固定于混凝土锚固头(12)上，钢杆(6)与钢筋(11)焊接，钢杆(6)为多段，钢杆(6)由底端到顶端由连接螺扣(7)连接，顶端的钢杆(6)的末端设置有连接孔(5)，牵拉钢丝(4)穿过连接孔(5)与钢杆(6)连接，然后牵拉钢丝(4 )由PVC钻孔套口( 2 )引出，PVC钻孔套口( 2 )由混凝土固定台(3 )固定于地表处的测量孔(I)的空口处，回填细沙(8)填入测量孔(I)中； 沉降测量装置包括牵引钢丝(4)、标准基盘(13)、精密位移传感器(14)、数据线(15)；在牵引钢丝(4)上涂黄油，并包裹一层PE聚乙烯防腐薄膜；牵引钢丝(4)与精密位移传感器(14)连接，精密位移传感器(14)安装于标准基盘(13)上，用数据线(15)与数据采集传输装置的输入端相连； 数据采集传输装置包括数据采集仪(16)、无线传输模块和无线发射器(17);数据采集仪(16)和无线发射器(17)安装于沉降测量装置的标准基盘(13)上，数据采集仪(16)和无线发射器(17)连接，数据采集仪(16)的输入端使用数据线(15)与沉降测量装置中的精密位移传感器(14)相连。
2.根据权利要求I所述的一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其特征在于所述的测量孔(I)的直径为80mm。
3.根据权利要求I所述的一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其特征在于所述的基准点为I个，测点的个数为I个或I个以上，布置方式为以基准点为中心，测点以.60(Tl000mm半径环绕其周围布置。
4.根据权利要求I所述的一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其特征在于所述钢筋(11)的型号为HRB335。
5.根据权利要求I所述的一种浅部地层多点沉降实时监测装置，其特征在于所述基准点和测点的每个测量孔(I)的深度不同。
6.使用权利要求I所述的浅部地层多点沉降实时监测装置进行监测的方法，其包括下述步骤. 51、钻孔在拟监测的地层部位，采用钻机成孔形成测量孔，其中，用于设置基准点的测量孔I个，用于设置测点的测量孔为I个或I个以上若干，所述的基准点测量孔底部必须设置于稳定的岩土层中，各测点测量孔底部设置于地层沉降影响范围内；所述的测量孔的深度不冋； . 52、基准点与测点锚固在基准点的测量孔中安装基准点锚固系统；首先向孔底注入约O. 5m浆液，然后将钢筋(11)与钢杆(6)焊接后逐段插入钻孔中，钢杆(6)之间由螺扣(7)相互连接，当钢筋(11)插入孔底浆液中时，钢杆(6)顶端距离孔口 O. 5m，与牵引钢丝(4)连接后，由PVC钻孔套口(2)引出与精密位移传感器(14)连接，将回填细沙(8)填土测量孔(I)中；在测点的钻孔中重复步骤S2中的上述步骤； .53、沉降测量装置安设；安装标准基盘(13);将基准点和测点处的牵引钢丝(4)分别与一台精密位移传感器(14)的测量钢丝输出口相连，所有的精密位移传感器(14)均安装于标准基盘(13)上；S4、数据采集与传输装置安设将数据采集仪(16)和无线发射器(17)安装于标准基盘(13)上，并用数据线(15)将精密位移传感器(14)与数据采集仪(16)连接，无线发射器(17)连接于数据采集仪(16)上；S5、保护措施为防止扰动破坏，防护措施包括为监测装置设置围栏与遮盖。
全文摘要
一种浅部地层多点沉降实时监测装置与方法，属于土木工程监测技术领域。其包括测点与基准点的设置体系、沉降测量装置、数据采集传输装置；本发明在一定深度的稳定地层中设置基准点，其他测点围绕基准点设置于不同深度地层中。基准点和测点沉降量均通过钢杆和牵拉钢丝传递于精密位移传感器。通过自制的数据采集系统16和无线传输模块17远距离实时监测地层沉降量的动态变化规律。采用本装置和方法进行地层表面及地层内部多点沉降监测，可以实时得到测点的高精度沉降变化规律，设备安装简便，测量过程快速准确。
文档编号E02D1/00GK102877447SQ201210360020
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者王强, 姚爱军, 翟玉新, 付建中, 王成 申请人:中铁建设集团有限公司, 北京工业大学