一种隧道水平径向收敛及拱顶沉降测量装置的制作方法

本实用新型属于测量装置，特别涉及一种隧道水平径向收敛及拱顶沉降测量装置。

背景技术：

目前隧道水平径向收敛常用观测方法主要包含三种测量方法，分别为收敛计观测法、手持激光测距仪观测法及全站仪观测法。

其中，收敛计观测法理论上是预先在隧道管壁水平净空直径处布设一对拉钩，然后利用收敛计测定两拉钩点的净空距离，该测量方法历次观测时需将收敛计悬挂好，然后调整钢尺张力，分别进行钢尺读数及螺旋千分尺读数，并对读数进行人工记录，观测值作为隧道该断面的水平收敛观测值。

手持激光测距仪观测法首先是通过水平尺找出隧道两侧水平径向对应腰线点并做好标记，观测时在隧道监测断面一侧的腰线点上安放激光测距仪，采用激光照准另一侧腰线点，进行观测读数，读数作为隧道该断面水平径向值。

全站仪观测法的布点方法同手持激光测距仪观测法，全站仪观测法是利用高精度全站仪进行自由设站的方式获取隧道水平方向两腰线点的坐标，反算两点之间的距离，距离值作为隧道该断面的水平径向收敛观测值。

隧道拱顶沉降观测目前主要采用全站仪三角高程法和手持激光测距仪进行观测，其中全站仪三角高程法观测步骤为在拱顶布设观测小棱镜或发射片，然后逐个断面选定地面点对中假设仪器，先获取地面点高程，然后量取仪器高，输入仪器后照准断面拱顶点观测断面拱顶点的高程；手持激光测距仪观测法为在断面拱顶部位设置观测点标志，将激光测距仪放在地面点上并照准拱顶观测标志，进行测距，读数加上地面点高程作为拱顶高程。

隧道水平径向收敛观测方法中，采用收敛计观测法观测时，观测值为两挂钩之间的距离，若要测出隧道水平径向值还须进一步量取挂钩与隧道壁间距离，且实际布点时很难将测点布设在隧道水平直径处，观测成果并非隧道实际水平径向值，故观测成果无法和设计值进行对比分析，并且成果精度受人为干扰因素较大，历次观测至少需要两人进行，实际工作效率低下；采用手持激光测距仪观测时，该方法存在缺陷为找点不准，两腰线点虽为径向点，但两点并未严格在同一直径两端，故观测值与隧道该断面实际直径存在系统误差，观测值与设计值亦无法进行对比分析，且该观测方法成果精度受人为因素干扰较大；采用全站仪观测时，因为布点方法与手持激光测距仪观测法相同，故同样存在距离观测值非实际隧道该断面处径向值，且该方法实施过程中需扛着仪器逐个断面架设全站仪，并进行对中整平，耗费时间较长，工作强度较大，且投入成本过高。

隧道拱顶沉降观测采用全站仪三角高程进行观测时，首先需要在拱顶布设观测小棱镜或反射片，布点工作量较大且困难，观测时需对中整平架设仪器，并且需要量取仪器高，操作步骤环节较多，观测成果精度受诸多环节影响，工作效率较低；采用激光测距仪观测时，亦需要在拱顶部位设置观测标志，困难较大，观测值为地面点与拱顶标志点间的空间距离，并非严格的垂直距离，故观测值并非拱顶标志点的高程，且观测值成果精度受拱顶标志点照准影响较大。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种使用方便，测量结果精准的隧道水平径向收敛及拱顶沉降测量装置。

技术方案：本实用新型提供了一种隧道水平径向收敛及拱顶沉降测量装置，包括弯管、直线导轨、轮滑块、螺杆、激光测距模块、定位装置、第一圆水准器、第二圆水准器；所述直线导轨固定在所述弯管上，并且所述直线导轨同时通过弯管的中点和圆心；所述轮滑块设置在所述直线导轨上，所述弹簧套在螺杆上，螺杆的一端通过螺帽设置在轮滑块上，螺杆的另一端固定在直线导轨的导轨槽内，所述激光测距模块的一端固定在轮滑块上，所述激光测距模块的另一端固定了一个与其垂直的定位装置，激光测距模块发射的激光平行于弯管圆心与弯管中点的连接线，且两条平行线所在的平面与弯管所在平面垂直，所述第一圆水准器和第二圆水准器分别固定在激光测距模块的两侧。

进一步，还包括弹簧，所述弹簧套在所述螺杆上。这样能够确保定位装置与监测点紧密结合。大大提高了测量的精度。

进一步，所述直线导轨为双轴芯滚轮直线导轨。更加方便轮滑块的移动。

进一步，所述定位装置包括定位条和定位点，所述定位条与激光测距模块所在平面垂直，所述定位点设置在定位条上。这样使用更加方便，定位准确从而得到的测量结果也更加准确。

进一步，所述定位条为不锈钢的方条；所述定位点为不锈钢圆锥体。

进一步，所述第一圆水准器为竖向圆水准器、第二圆水准器为横向圆水准器，所述竖向圆水准器的轴线平行于双轴芯滚轮直线导轨，所述横向圆水准器的轴线垂直于双轴芯滚轮直线导轨且平行于弯管所在平面。这样能够进行多样数据的测量，测量的结果也更加准确。

进一步，所述弯管为半圆弧不锈钢实心管。这样整个结构更加的稳固。

进一步，所述弯管的两端分别设有滚轮。这样在使用时，整个装置更加方便移动。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型制作成本较低，容易制作，操作简单，便于推广使用；其次，采用本实用新型可以大量减少监测点布设工作量，节约成本及降低安全风险；再者采用本实用新型可以快速的测定隧道水平径向收敛真实值，便于与设计值对比分析，大大提高了水平径向收敛及拱顶沉降观测效率和观测精度，同时节约人力资成本；最后本实用新型整体结构较小，一人手持即可使用，简单方便，测量数据直接保存，后续直接导入电脑处理。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1～2所示，本实用新型提供的一种隧道水平径向收敛及拱顶沉降测量装置，包括弯管1、双轴芯滚轮直线导轨2、轮滑块3、弹簧4、螺杆5、激光测距模块6、定位装置7、竖向圆水准器8、横向圆水准器9；其中，弯管1为半径为20cm的半圆弧不锈钢实心管，弯管1的直径为15mm；在弯管1的两端还分别设置了一个直径为20mm的滚轮10，这样更加方便整个装置移动；双轴芯滚轮直线导轨2通过不锈钢钢条固定在弯管1上，并且双轴芯滚轮直线导轨2的中心线同时通过弯管1的圆心和弯管1的半圆弧的中点。轮滑块3设置在双轴芯滚轮直线导轨2上，弹簧4套在螺杆5上，螺杆5的一端通过螺帽设置在轮滑块3上，螺杆5的另一端固定在双轴芯滚轮直线导轨2的导轨槽内，这样轮滑块3通过螺杆和螺帽的相互作用在双轴芯滚轮直线导轨2上直线型来回收缩，从而调整定位装置7的位置，设置弹簧4能够确保定位点72与监测点紧密结合；激光测距模块6的一端固定在轮滑块3上，激光测距模块6的另一端固定了一根与其垂直的定位装置7，激光测距模块6发射的激光平行于弯管1的圆心与弯管1中点的连接线，且两条平行线所在的平面与弯管1所在平面垂直，激光测距模块6可采用徕卡D210或徕卡D510，一般精度能够达到1mm即可；定位装置7包括定位条71和定位点72，定位条71与激光测距模块6所在平面垂直，定位点72设置在定位条71上，并位于激光测距模块6的底部，在定位点72的正下方还设置了一个同样大小和形状的辅助定位点73，设置了辅助定位点73能够确保装置与隧道侧壁接触后，保持原有的几何垂直，即定位点72和辅助定位点73的连线与定位条71平行。其中，定位条71为不锈钢的方条，定位点72和辅助定位点73均为不锈钢圆锥体；激光测距模块6的两侧分别固定了一个竖向圆水准器8和一个横向圆水准器9，竖向圆水准器8的轴线平行于双轴芯滚轮直线导轨2，横向圆水准器9的轴线垂直于双轴芯滚轮直线导轨2且平行于弯管1所在平面。

采用本实用新型进行水平径向收敛观测，首次观测时，装置仅有两个滚轮10与隧道侧壁接触，根据横向圆水准器9上的气泡显示，上下移动滚轮，使横向圆水准器9中的气泡平行于激光束，然后将定位点72与隧道侧壁接触，旋转装置，使横水准器泡平行于与激光束方向垂直的面，即完成水平径向点定位。此时，即可进行水平径向收敛观测读数，按下激光测距模块6的测量按钮，激光测距模块6会自动连续进行三次读数并记录，监测见得编号采用测距模块默认，数据导出时后处理，为了确保后续历次观测时，观测断面处于同一个断面，第一次观测时需在找到水平收敛点处做点标，后续历次观测时仅需将观测装置放置在该点处，调整好圆水准气泡即可实现同点同断面观测。

采用本实用新型进行拱顶沉降观测时，首先选取各断面道床沉降点作为拱顶沉降观测对中点，然后将装置竖直放置在道床沉降监测点顶部，装置与道床沉降监测类似强制对中装置，两者紧密相接，即将定位条71底部直接插在道床沉降监测点的顶部有一个小孔中即可，将调整竖向圆水准器8，气泡居中后借助装置圆弧架稳固装置，并快速按下测距按钮，进行连续3次测距观测并自动记录数据，通过道床沉降监测点高程及激光测距仪观测数据，计算出该出拱顶沉降监测点观测值。