一种快速测量隧道拱顶下沉装置的制作方法

本实用新型属于隧道监控量测技术领域，具体涉及一种快速测量隧道拱顶下沉装置。

背景技术：

随着我国路网规模的不断扩大，隧道的建设与日俱增，在隧道的建设中监控量测作为新奥法的三大核心之一，对评价隧道施工方法的可行性、设计参数的合理性，了解隧道施工实际围岩级别及其变形特性等能够提供准确、及时的依据，对隧道二次衬砌的施作时间具有决定性意义。其中，拱顶下沉是监控量测中必测项目之一，量测隧道拱顶下沉变化速率，并通过对实测数据的现场分析、处理，及时向施工方、监理方、设计方和业主提供分析资料。根据量测数据确认围岩的稳定性，判断支护效果，选择适当的二衬支护时机，指导现场施工，保证施工安全。

目前测量隧道拱顶下沉的主要仪器有全站仪和高精度水准仪，全站仪测量较为方便，但随着隧道进入较深洞内距离较长照明不足，拱顶位置反光贴测试效果仍然不好，测量误差较大，而且测量效果不如水准仪较精确。然而，水准仪在拱顶下沉测量的操作过程中也受到一些条件的限制，造成测量结果也会存在一定的误差。而目前使用水准仪测量时，通常在隧道拱顶打入膨胀螺栓，在鱼杆的顶端固定一个钩子，在钩子上挂钢卷尺，然后再拉开每节鱼竿将鱼竿顶端上的钩子挂上膨胀螺栓下端的钩里。由于现在隧道多为长大隧道或特长大隧道，隧道断面较大，拱顶高度高达10米，隧道施工时照明条件有限导致隧道内亮度不足，鱼竿在上挂的过程中采用手电筒提供照明，由于膨胀螺栓钩子圆圈较小，直径大约6cm，隧道直径较大等使得手电筒提供的照明通常不能满足光照要求，随着鱼竿的伸长，鱼竿的刚度较小，容易发生弯曲、摇摆，隧道初支上的一些混凝土碎屑也有可能碰掉落入操作人员眼睛，这些都增加了鱼竿上的钩子挂进螺栓钩子上的难度。另外，水准仪在远距离观测时，由于隧道内亮度较小很难看到钢尺上的读数，此时也需要用手电筒提供照明找到相应的高程读数，固然加大了测量工作的难度。在测量过程中钢尺没有固定在鱼钩上，在鱼钩上位置每天有微小的变化而产生误差。尺子沿着鱼竿不是铅直下垂也会造成误差。

故针对上述隧道内存在的问题目前研究的不足之处，提出了一种快速测量拱顶下沉的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型的目的在于提供一种快速测量隧道拱顶下沉装置，该装置能够提高操作人员的工作效率以及测量的准确度进一步降低仪器操作中引起的误差。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种快速测量隧道拱顶下沉装置，包括膨胀螺栓、锥形漏斗、磁铁、伸缩杆、钢卷尺、LED照明灯和为LED照明灯供电的电源，膨胀螺栓设置在隧道初支结构的顶部，锥形漏斗的漏斗上部朝下设置，锥形漏斗的漏斗下部为铁质的且与膨胀螺栓的下端铰接，磁铁为与锥形漏斗内腔形状相适配的锥形磁铁，磁铁设置在伸缩杆的第1节伸缩杆的顶端；

钢卷尺的起始部位固定在第1节伸缩杆的顶端，钢卷尺的钢卷尺盒设置在伸缩杆的末节的底端，钢卷尺能够随着伸缩杆的伸长或缩短同步伸长或缩短；

LED照明灯设置若干个且通过连接线路与电源连接，连接线路沿着伸缩杆的长度方向设置，在钢卷尺尺身的两侧均设有LED照明灯，位于钢卷尺尺身两侧的连接线路为螺旋线，位于第1节伸缩杆顶端的连接线路与第1节伸缩杆端部固定连接，位于伸缩杆末节底端的连接线与伸缩杆末节的底端固定连接。

所述锥形漏斗的漏斗下部通过球头铰接构件与膨胀螺栓的下端铰接。

所述伸缩杆的节数为七，每节的长度相同且长度为1.1-1.3m。

所述伸缩杆每节的截面形状均为矩形，每节伸缩杆上的一个侧面为硬质透明塑料板，钢卷尺的尺身设置在伸缩杆的内腔且其标尺面朝向硬质塑料板设置。

所述伸缩杆的第2节至最末节每节的顶端均设有固定螺丝，各节伸缩杆顶端的固定螺丝贯穿各节伸缩杆的杆壁并与各节伸缩杆螺纹连接。

所述电源为充电宝，充电宝设置在伸缩杆的底端，所述连接线路通过USB接头与充电宝连接。

所述锥形漏斗的漏斗上部的材质为硬质塑料，漏斗上部与漏斗下部胶粘连接。

所述第1节伸缩杆的顶端设有LED照明灯，LED照明灯设置在磁铁的周围。

所述磁铁的中心设有沉孔，磁铁在沉孔处设置加垫片固定螺丝并通过加垫片固定螺丝与第1节伸缩杆的顶端连接，加垫片固定螺丝的顶部不高于所述磁铁的上表面。

所述伸缩杆的末节的底端设有电源盒和固定钢卷尺盒，电源设置在电源盒内，电源盒上设有用于控制LED照明灯的开关，钢卷尺盒设置在固定钢卷尺盒内。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的快速测量隧道拱顶下沉装置通过将膨胀螺栓设置在隧道初支结构的顶部，锥形漏斗的漏斗上部朝下设置，锥形漏斗的漏斗下部为铁质的且与膨胀螺栓的下端铰接，磁铁为与锥形漏斗内腔形状相适配的锥形磁铁，磁铁设置在伸缩杆的第1节伸缩杆的顶端，在使用时，将伸缩杆伸长后，磁铁运动至锥形漏斗处后，磁铁通过磁力吸附锥形漏斗，并在磁力的引导下进入锥形漏斗的内腔中，实现了第1节伸缩杆的顶端与锥形漏斗的连接，因此有效的解决了现有技术中“避免了以往鱼钩上挂过程中因膨胀螺栓钩较小造成的困难，也避免了操作人员的眼睛里掉入混凝土碎屑的可能，又避免了以往测量过程中由于钩子结合部位存在的误差”的缺陷；将钢卷尺的起始部位固定在第1节伸缩杆的顶端，钢卷尺的钢卷尺盒设置在伸缩杆的末节的底端，因此钢卷尺的尺身能够随着伸缩杆的伸长或缩短同步伸长或缩短，通过漏斗下部与膨胀螺栓的下端铰接，因此能够保证伸缩杆通过磁铁与锥形漏斗连接后，锥形漏斗和伸缩杆处于自然下垂状态，能够使钢卷尺刻度时刻处于水平状态，确保每次测量的精确度，减少测量误差；

通过设置LED照明灯能够在测量过程中对钢卷尺的尺身进行照明，可以增加亮度，便于测量人员读数，避免用手电筒照明，大大节约了时间和人员劳动力；

通过将LED照明灯设置若干个且通过连接线路与电源连接，连接线路沿着伸缩杆的长度方向设置，在钢卷尺尺身的两侧均设有LED照明灯，位于钢卷尺尺身两侧的连接线路为螺旋线，位于第1节伸缩杆顶端的连接线路与第1节伸缩杆端部固定连接，位于伸缩杆末节底端的连接线与伸缩杆末节的底端固定连接，螺旋线能够与伸缩杆同时伸长或缩短，因此能够保证LED照明灯在伸缩杆伸缩时自上而下分布在伸缩杆的杆身上给钢卷尺的尺身照明，方便读数。

进一步的，通过将伸缩杆每节的截面形状均为矩形，因此能够保证伸缩杆在伸长后还具有足够的刚度，在外力作用下不易变形，而且将每节伸缩杆上的一个侧面为硬质透明塑料板，钢卷尺的尺身设置在伸缩杆的内腔且其标尺面朝向硬质塑料板设置，因此便于测量时观察读数，通过伸缩杆内腔限制作用，还能够防止钢卷尺的尺身发生旋转扭曲等现象，使得度数更加准确可靠。

进一步的，通过在伸缩杆的第2节至最末节每节的顶端均设置固定螺丝，各节伸缩杆顶端的固定螺丝贯穿各节伸缩杆的杆壁并与各节伸缩杆螺纹连接，在伸缩杆伸长后，通过固定螺丝将相邻的已伸长的两节伸缩杆进行固定，保证了伸缩杆伸长之后整体的稳定性，防止长度发生变化影响测量结果。

进一步的，通过将锥形漏斗的漏斗上部的材质为硬质塑料，使得漏斗上部不仅对磁铁吸到漏斗外边缘起到一定约束作用，也能引导磁铁准确进入锥形漏斗内腔后与漏斗下部吸附连接。

进一步的，通过在第1节伸缩杆的顶端设有LED照明灯，LED照明灯设置在磁铁的周围，使得当第1节伸缩杆顶端的磁铁与锥形漏斗吸附连接时具有充足的光线，方便连接。

进一步的，通过磁铁的中心设置沉孔，磁铁在沉孔处设置加垫片固定螺丝并通过加垫片固定螺丝与第1节伸缩杆的顶端连接，加垫片固定螺丝的顶部不高于述磁铁的上表面，因此使得在磁铁与锥形漏斗连接时，锥形漏斗的顶面与漏斗下部充分接触，保证了连接效果。

进一步的，通过在伸缩杆的末节的底端设置电源盒和固定钢卷尺盒，电源设置在电源盒内，电源盒上设有用于控制LED照明灯的开关，钢卷尺盒设置在固定钢卷尺盒内，使得电源和钢卷尺的位置更加固定，便于管理，方便操作，避免了原有的钢卷尺随鱼竿弯曲变形或者摇摆产生的误差。

【附图说明】

图1为本实用新型的快速测量装置的膨胀螺栓和锥形漏斗的连接示意图；

图2(a)为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆及其上连接部件的俯视图；

图2(b)为本实用新型的快速测量装置的第1节伸缩杆内部装置仰视图；

图3为本实用新型的快速测量装置的膨胀螺栓和锥形漏斗安装位置示意图；

图4为本实用新型的快速测量装置的整体安装示意图；

图5为本实用新型的快速测量装置的第1节伸缩杆的顶端、膨胀螺栓和锥形漏斗连接部位的结构示意图；

图6为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(展开状态)及其上连接部件的主视图；

图7为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(展开状态)及其上连接部件的侧视图；

图8为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(收合状态)及其上连接部件的主视图；

图9为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(收合状态)及其上连接部件的侧视图；

图10为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(展开状态)及其上连接部件的主剖面图；

图11为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(展开状态)及其上连接部件的侧剖面图A；

图12为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(展开状态)及其上连接部件的侧剖面图B；

图13为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(收合状态)及其上连接部件的主剖面图；

图14为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(收合状态)及其上连接部件的侧剖面图A；

图15为本实用新型的快速测量装置的伸缩杆(收合状态)及其上连接部件的侧剖面图B；

图16为本实用新型的快速测量装置的照明线路图。

图中各标号表示为：1-膨胀螺栓、2-膨胀螺丝、3-球头铰接构件、4-锥形漏斗、5-磁铁、6-伸缩杆、7-固定螺丝、8-LED照明灯、9-钢卷尺、10-电源盒、11-隧道初支结构、12-加垫片固定螺丝、13-硬质透明塑料板、14-螺旋线、15-直线、16-线卡；4.1—漏斗上部，4.2—漏斗下，6.1—第1节伸缩杆，6.2—第2节伸缩杆，6.3—第3节伸缩杆，6.4—第4节伸缩杆，6.5—第5节伸缩杆，6.6—第6节伸缩杆，6.7—第7节伸缩杆，7.1—1号固定螺丝，7.2—2号固定螺丝，7.3—3号固定螺丝，7.4—4号固定螺丝，7.5—5号固定螺丝，7.6—6号固定螺丝，9.1—钢卷尺盒，9.2—固定钢卷尺盒，10.1—充电宝，10.2—USB接头。

【具体实施方式】

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

如图1至图16所示，本实用新型的一种快速测量隧道拱顶下沉装置，膨胀螺栓1、膨胀螺丝2、球头铰接构件3、锥形漏斗4、磁铁5、伸缩杆6、第1节伸缩杆6.1、第2节伸缩杆6.2、第3节伸缩杆6.3、第4节伸缩杆6.4、第5节伸缩杆6.5、第6节伸缩杆6.6、第7节伸缩杆6.7、固定螺丝7、1号固定螺丝7.1、2号固定螺丝7.2、3号固定螺丝7.3、4号固定螺丝7.4、5号固定螺丝7.5、6号固定螺丝7.6、LED照明灯8、钢卷尺9、钢卷尺盒9.1、固定钢卷尺盒9.2、电源盒10、充电宝10.1、USB接头10.2、隧道初支结构11、加垫片固定螺丝12、硬质透明塑料板13、螺旋线14、直线15、线卡16；

伸缩杆6包括第1节伸缩杆6.1、第2节伸缩杆6.2、第3节伸缩杆6.3、第4节伸缩杆6.4、第5节伸缩杆6.5、第6节伸缩杆6.6和第7节伸缩杆6.7，每节的长度相同且长度为1.1-1.3m；固定螺丝包括1号固定螺丝7.1、2号固定螺丝7.2、3号固定螺丝7.3、4号固定螺丝7.4、5号固定螺丝7.5和6号固定螺丝7.6。

膨胀螺栓1设置在隧道初支结构11的顶部，锥形漏斗4的漏斗上部4.1朝下设置，锥形漏斗4的漏斗下部4.2为铁质的且与膨胀螺栓1的下端通过球头铰接构件3铰接，锥形漏斗4的漏斗上部4.1的材质为硬质塑料，漏斗上部4.1与漏斗下部4.2胶粘连接，磁铁5为与锥形漏斗内腔形状相适配的锥形磁铁，磁铁5设置在伸缩杆6的第1节伸缩杆6.1的顶端；

本实用新型的伸缩杆6每节的截面形状均为矩形，每节伸缩杆上的一个侧面为硬质透明塑料板13，钢卷尺9的尺身设置在伸缩杆6的内腔且其标尺面朝向硬质塑料板13设置；

卷尺9的起始部位通过加垫片固定螺丝12固定在第1节伸缩杆6.1的顶端，钢卷尺9的钢卷尺盒9.1设置在伸缩杆6的末节的底端，钢卷尺9能够随着伸缩杆6的伸长或缩短同步伸长或缩短；

LED照明灯8设置若干个且通过连接线路与充电宝10.1连接，充电宝10.1设置在伸缩杆6的底端，连接线路通过USB接头10.2与充电宝10.1连接，连接线路沿着伸缩杆6的长度方向设置，在钢卷尺9尺身的两侧均设有LED照明灯8，位于钢卷尺9尺身两侧的连接线路为螺旋线14，位于第1节伸缩杆6.1顶端的连接线路与第1节伸缩杆6.1端部固定连接，位于伸缩杆6末节底端的连接线与伸缩杆6末节的底端固定连接；

在第1节伸缩杆6.1的顶端设有LED照明灯8，LED照明灯8设置在磁铁5的周围；

在伸缩杆6的第2节至第7节每节的顶端均设有固定螺丝7，各节伸缩杆顶端的固定螺丝7贯穿各节伸缩杆的杆壁并与各节伸缩杆螺纹连接；

磁铁5的中心设有沉孔，磁铁5在沉孔处设置加垫片固定螺丝12并通过加垫片固定螺丝12与第1节伸缩杆6.1的顶端连接，加垫片固定螺丝12的顶部不高于述磁铁5的上表面；

在伸缩杆6的末节的底端设有电源盒10和固定钢卷尺盒9.2，电源设置在电源盒10内，电源盒10上设有用于控制LED照明灯8的开关，钢卷尺盒9.1设置在固定钢卷尺盒9.2内。

本实用新型的隧道内快速测量拱顶下沉装置为采用LED照明、钢卷尺与伸缩杆联合的新型装置，利用LED灯加入伸缩杆中为钢卷尺刻度提供照明，可以增加亮度，便于测量人员读数，避免用手电筒照明。在伸缩杆顶端加上磁铁使得装置固定更加容易、更牢固，减少了因摆动引起的误差，大大节约了时间和人员劳动力。

本实用新型的隧道内快速测量拱顶下沉装置，在伸缩杆的最顶端设计一个锥形的磁铁5，在隧道的拱顶打入一个铁质的膨胀螺栓1，用锥形漏斗取代了原来的膨胀螺栓上的钩子，目的是将锥形的磁铁刚好能吸进漏斗内，膨胀螺栓1打入隧道初支内后，然后用膨胀螺丝2固定。

在锥形漏斗4与膨胀螺栓1之间设计一个球头铰接构件3，在伸缩杆6顶端的磁铁与漏斗吸附连接后，可以使膨胀螺栓与锥形漏斗在球头铰接构件3处有一定的相对转动空间，从而保证每次测量时，使钢卷尺9的尺身和伸缩杆6处于自然下垂状态，从而保证了钢卷尺尺身的刻度时刻处于水平状态，确保每次测量的精确度，减少测量误差。

通过设计一个伸缩杆，伸缩杆质轻便于携带，伸缩杆的每节的截面形状设计为矩形，因此能够保证伸缩杆在伸长后还具有足够的刚度，在外力作用下不易变形。由于钢卷尺9的变形较小，可以为测量提供更高的精度，LED灯为测量装置提供照明，充电宝为LED灯提供照明。

具体的，锥形漏斗4靠近膨胀螺栓1的部位，即漏斗下部4.2采用铁质材料，漏斗上部4.1的圆环部分可采用硬质塑料，漏斗上部4.1可通过胶粘贴在漏斗下部4.2的上。硬质塑料的漏斗上部4.1不仅对磁铁5吸到漏斗外边缘起到一定约束作用，也能引导磁铁5准确进入锥形漏斗4的内腔使磁铁5与漏斗下部4.2吸附连接。

伸缩杆的主视面镶嵌硬质透明塑料板13，因此便于测量时观察读数。在第1节伸缩杆6.1的顶端固定磁铁5和四个LED灯，磁铁5中间钻沉孔并通过螺丝将磁铁固定在第1节伸缩杆6.1的顶端。钢卷尺9的起始部位也固定在第1节伸缩杆6.1的顶端，可以采用加垫片固定螺丝12将钢卷尺的顶端固定在第1节伸缩杆6.1的顶端上，钢卷尺9的末端即钢卷尺盒9.1放进固定钢卷尺盒9.2内，钢卷尺盒9.1也可以通过加垫片固定螺丝12固定在第7节伸缩杆6.7的底端，钢卷尺9的安装可以随着伸缩杆的拉长与缩短而拉伸和收缩。

在第一至第七节杆上布置LED照明灯8，LED照明灯8对称布置在钢卷尺9尺身的两侧，LED照明灯8的间距视LED照明灯的功率而定。LED灯照明的线路可用两种材料，钢卷尺两侧线路可采用螺旋形的伸缩线14，螺旋形的伸缩线14可随着伸缩杆6的伸长而展开，随着伸缩杆6的收缩而收缩，连接LED照明灯和主线路之间可以采用普通的直线15，直线15能够保证线路能够撑起LED照明灯，使LED灯尽量保持对称水平，顶端四个LED灯之间用直线15连接。螺旋线的始端连接电源，末端通过线卡固定，第1节伸缩杆6.1顶端的四个LED灯线路可以用胶粘固定。

在第7节伸缩杆6.7的底端设计一个电源盒10，电源盒上设置一个开关，由于LED灯电压较小，电源盒内可以用充电宝为LED灯提供电源，螺旋线14的始端接USB接头10.2并通过USB接头10.2与充电宝10.1连接，同时USB接头也起到电路开关作用。

本实用新型在装置内加入LED灯和充电宝，充电宝为LED灯提供照明，充分利用了LED灯的低电压、光效高、价格低的特点，不仅替代了原有的手电筒提供照明，而且增加了照明的亮度，便于该测量装置的安装固定和测量人员的操作效率，有效地克服了现有的技术缺陷，具有成本低廉，技术实现简单实用。

本实用新型测量装置的端部采用磁铁，可以实现快速将测量装置与拱顶漏斗接触固定，并能够保证结合牢固、每次测量的位置精确，有效的提高了工作效率，同时也减少了测量的误差。

本实用新型测量装置的漏斗与螺栓之间的连接采用铰接形式，在漏斗上设计一个铰接构件，在伸缩杆装置的顶端磁铁与漏斗吸附连接后，可以使螺栓在铰接构件内有一定的转动空间，从而保证每次测量时下端装置处于自然下垂状态，确保每次测量的精确度，避免了以往鱼钩上挂过程中因膨胀螺栓钩较小造成的困难，也避免了操作人员的眼睛里掉入混凝土碎屑的可能，又避免了以往测量过程中由于钩子结合部位存在的误差。

本实用新型将钢卷尺与伸缩性杆结合的装置，钢尺位置更加固定，避免了原有的钢卷尺随鱼竿弯曲变形或者摇摆产生的误差，采用合金杆装置也提高了测量装置的刚度，避免鱼竿长时间破损或者折断而引起的测量困难。

本实用新型的一种快速测量隧道拱顶下沉装置的工作过程：

结合图1和图3所示，该装置在使用时，先将膨胀螺栓1的上端插入用电钻在隧道初期支结构11上打好的钻孔，钻孔尽量做到竖直状态，然后用膨胀螺丝2将膨胀螺栓1固定在隧道初支结构11上。此时球头铰接构件3对于膨胀螺栓1的下端既起到连接作用，又有一定的约束作用，使锥形漏斗4在自身的重力作用下能够保证自然下垂。

将膨胀螺栓1和锥形漏斗4安装结束后，结合图13安装伸缩杆6和安装在伸缩杆6上的部件，先打开电源盒10将充电宝10.1与USB接头10.2进行连接，为LED灯8连通电源，此时LED灯8和第1节伸缩杆6.1顶端的四个LED灯8全部打开。此时结合图10、图14与图16，先松开六个固定螺丝7，然后从上到下依次拉开伸缩杆6的每一节杆，依次为第一节伸缩杆6.1，第二节伸缩杆6.2，……第七节伸缩杆6.7，根据需要的长度拉伸相应杆的节数。此时，照明螺旋线14随着杆的不断拉伸而展开，与此同时，随着伸缩杆6拉伸的节数的增加，钢卷尺9在钢卷尺盒9.1内也相应的被拉出不同的长度。每拉出一节伸缩杆6，就用固定螺丝7拧紧固定，1号固定螺丝7.1固定第一节伸缩杆6.1和第二节伸缩杆6.2之间的连接，2号固定螺丝7.2固定第二节伸缩杆6.2和第三节伸缩杆6.3之间的连接，3号固定螺丝7.3固定第三节伸缩杆6.3和第四节伸缩杆6.4之间的连接，4号固定螺丝7.4固定第四节伸缩杆6.4和第五节伸缩杆6.5之间的连接，5号固定螺丝7.5固定第五节伸缩杆6.5和第六节伸缩杆6.6之间的连接，6号固定螺丝7.6固定第六节伸缩杆6.6和第七节伸缩杆6.7之间的连接。然后结合图3—图5所示，将第1节伸缩杆6.1顶端的磁铁5吸入锥形漏斗4的内腔后，本实用新型的快速测量隧道拱顶下沉装置安装完成，可以进行水准仪测量操作。

测量操作完成后，给伸缩杆6一定外力将其顶端的磁铁5从锥形漏斗4的内腔中拔出，然后从下部依次松开6号固定螺丝7.6，同时合拢第六节伸缩杆6.6，依次至松开1号固定螺丝7.1同时合拢第一节伸缩杆6.1将下部装置合拢完毕，这时将所有固定螺丝7旋转固定，然后拔掉USB接头10.2，关闭电源盒10，整个装置操作完成。

小结：该装置集传统测量工具的需求为一体，具有操作简便，既经济又安全实用，采用上述装置可以有效地解决目前隧道在测量拱顶下沉中因亮度不足造成的测量困难、鱼竿挂钩困难、钢卷尺摆动引起的误差、鱼竿折断等问题。