用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置的制作方法

1.本发明属于基坑开挖监测技术领域，尤其是涉及一种适用于基坑周围河道，采用由液面控制的可变电阻，实现河道河床深层土体的水平位移和沉降监测与预警的装置。


背景技术：

2.随着经济和社会的进一步发展，城市开始建造高楼大厦、铁路车站等建筑物，同时利用地下空间建造地铁、停车场等，这些设施的建造离不开基坑的施工，特别是超深超大基坑的施工。深基坑施工需要全面考虑周边环境对施工的影响以及施工对周边环境的影响。当深基坑周围存在河道、既有基坑或空洞等特殊环境因素时，基坑两侧将会存在非平衡荷载，对基坑工程带来了许多安全隐患，一些偏压导致的工程事故也见诸报端。基坑工程是一个建筑物的根基，决定了建筑物的长期性能，影响着周围群众的生命和财产安全，需要城市建设者的密切关注。
3.土体的变形是基坑工程监测中的重要指标，在研究基坑开挖对周边环境的影响时，需要对周边的建筑物、交通设施等进行监测。目前，国内外对于基坑开挖对周边河道的深层变形影响规律研究较少，对河道河床的土体变形规律也不太清楚。因此，在河道周围进行基坑开挖施工，需要对河道进行严密的监测。现阶段的基坑开挖土体变形监测装置由于防水性、牢固性或是数据传递等原因，无法实现对河道河床深层土体变形的监测。


技术实现要素：

4.为克服现有土体变形监测装置的缺点与不足，本发明提供了一种用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置，实现基坑开挖全过程河道深部土体水平位移与沉降的监测与预警，为基坑开挖工程提供更加精确的监测数据，为河道深层土体形变规律的研究提供有力支撑；不但可以应用于近接河道的基坑工程监测，而且具有智能预警功能，能够保障基坑工程施工的安全性。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置，包括钢制外壳、中心杆件、固定螺栓、传输天线、激光透镜、锚定装置、螺纹口、限位挡板、转轴、活塞、液压五通、锚定水平桩、水平位移监测装置、倾斜角度传感器、正电极、负电极、导电液体、电源、电流表、数据传输设备和钻头；所述钢制外壳与螺纹口通过螺纹连接；中心杆件与螺纹口通过螺纹连接，固定螺栓与中心杆件的上端通过螺纹连接；传输天线与固定螺栓通过焊接连接；激光透镜与传输天线通过焊接连接；
7.所述中心杆件的下端与限位挡板固定连接，转轴与限位挡板固定连接；活塞与转轴固定连接；液压五通与锚定装置固定连接；锚定水平桩与活塞固定连接；倾斜角度传感器与水平位移监测装置固定连接；正电极与倾斜角度传感器固定连接；负电极与倾斜角度传感器固定连接；导电液体放置于倾斜角度传感器中；钻头与水平位移监测装置固定连接。
8.进一步，所述中心杆件的下端与限位挡板通过焊接连接，转轴与限位挡板通过焊接连接；活塞与转轴通过粘合剂连接；液压五通与锚定装置通过焊接连接；锚定水平桩与活塞通过粘合剂连接；倾斜角度传感器与水平位移监测装置通过焊接连接；正电极与倾斜角度传感器通过粘合剂连接；负电极与倾斜角度传感器通过粘合剂连接；钻头与水平位移监测装置通过焊接连接。
9.再进一步，所述电源与水平位移监测装置通过粘合剂连接；电流表与水平位移监测装置通过粘合剂连接；电源一端与正电极连接，电源另一端通过电流表与负电极连接。
10.所述数据传输设备与水平位移监测装置通过粘合剂连接，所述电流表与数据传输设备连接。
11.所述装置包括无人机和激光测距仪，所述激光测距仪与无人机通过焊接连接。
12.本发明的有益效果主要表现在：(1)监测数据精确度高。本装置采用液面控制的可变电阻式监测原理，借助倾斜角度传感器内的导电液体在绝缘外壳内保持液面水平的特性，在绝缘外壳底部中心位置设置一正电极，并采用四根独立的电阻丝作为负电极，即可获得绝缘外壳内部四周的液面高度，从而进一步确定倾斜角度，得到精确的水平位移。(2)抗干扰能力强。由于装置需要在河道中工作，不仅河床淤泥强度低、易变形，而且装置还会受到水流作用的干扰。本装置具有由锚定水平桩、液压五通等部分组成的液压控制锚定装置，可以将装置固定在软弱土体中。同时，本装置在工作阶段时钢制外壳可脱离，可减小因水流而导致的误差，增强了装置的抗干扰能力。(3)具有协同工作能力。本装置具有固定于装置顶部的可拆卸式传输天线，其不仅能与上位机直接连接，而且能够与周围的监测预警装置互相连接，共享监测数据，有效提高了监测预警的准确性和可靠性。
附图说明
13.图1是用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置的主视图。
14.图2是锚定装置和水平位移监测装置的示意图。
15.图3是图2的a
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a截面图。
16.图4是图2的b
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b截面图。
17.图5是倾斜角度传感器，(a)是初始状态，(b)是倾斜状态。
18.图6是测量河道的状态图。
19.图7是设计装置的状态图。
20.图8是拆除上部装置的状态图。
21.图9是调整下桩位置的状态图。
22.图10是静力压桩的状态图。
23.图11是伸出水平桩的状态图。
24.图12是脱离钢制外壳的状态图。
25.图13是安装上部结构的状态图。
26.图14是开始监测的状态图。
27.图15是实施例示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明作进一步描述。
29.参照图1～图15，一种用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置，包括钢制外壳1、中心杆件2、固定螺栓3、传输天线4、激光透镜5、锚定装置6、螺纹口7、限位挡板8、转轴9、活塞10、液压五通11、锚定水平桩12、水平位移监测装置13、倾斜角度传感器14、正电极15、负电极16、导电液体17、电源18、电流表19、数据传输设备20、钻头21、绝缘外壳22、河道23、河岸24、河床25、上位机26。
30.其中，钢制外壳1与螺纹口7通过螺纹连接；中心杆件2与螺纹口7通过螺纹连接，固定螺栓3与中心杆件2的上端通过螺纹连接；传输天线4与固定螺栓3通过焊接连接；激光透镜5与传输天线4通过焊接连接；
31.中心杆件2的下端与限位挡板8通过焊接连接，转轴9与限位挡板8通过焊接连接；活塞10与转轴9通过粘合剂连接；液压五通11与锚定装置6通过焊接连接；锚定水平桩12与活塞10通过粘合剂连接；
32.倾斜角度传感器14与水平位移监测装置13通过焊接连接；正电极15与倾斜角度传感器14通过粘合剂连接；负电极16与倾斜角度传感器14通过粘合剂连接；导电液体17放置于倾斜角度传感器14中；
33.钻头21与水平位移监测装置13通过焊接连接。
34.电源18与水平位移监测装置13通过粘合剂连接；电流表19与水平位移监测装置13通过粘合剂连接；电源18一端与正电极15连接，电源18另一端通过电流表19与负电极16连接。
35.数据传输设备20与水平位移监测装置13通过粘合剂连接，所述电流表19与数据传输设备20连接。
36.所述装置包括无人机27和激光测距仪28，所述激光测距仪28与无人机27通过焊接连接。
37.某地铁车站基坑开挖工程，基坑北侧8m处有一既有河流，河流宽15米，水深5米。车站基坑承受着较大的不对称荷载，而且车站主体结构开挖后，将形成超过15m的临空面，若支护结构不能满足侧向压力，而造成围护结构产生过大变形，地质及周边环境相对复杂，需要进行密切的监测。传统的监测预警装置一般不能用于河道河床深层土体变形的监测，且精确度、抗干扰性以及数据传输等性能较差，无法应用于本工程。采用用于监测深层土体变形的液面控制可变电阻式全方位伸缩装置可以实现本基坑工程的监测与预警。
38.根据本基坑工程实际情况，采用9台上述装置进行本工程的监测预警工作，过程如下：
39.(a)在基坑工程施工前，对基坑附近河道23进行勘察，获得河道23的宽度、深度等基本参数。
40.(b)监测装置设计。根据河道23的深度参数，设计装置钢制外壳1的长度为5500mm，中心杆件长度6000mm，装置主体长度1000mm，桩端长度500mm，如图所示。
41.(c)监测装置布置设计。对河道23进行平面划分，在水平面上按照3*3均匀分布的方式取得9个布置点。
42.(d)拆除上部结构。为了保证上部的传输天线4和激光透镜5在安装过程中不被破
坏，旋松固定螺栓3，拆除上部结构，并检查中心杆件2为旋松状态。
43.(e)调整下桩位置。利用吊车船等工具，将装置运输至指定监测点位上方，下放装置至河床25，缓慢调整位置。
44.(f)静力压桩。采用静力压桩的方式，将装置压入河床23，插入深度为1500mm。
45.(g)伸出水平桩。旋紧中心杆件2，中心杆件2沿着螺纹口7下降，通过转轴9推动活塞10，使得液压五通11内液压升高，
46.推动锚定水平桩12伸出锚定装置6的外壳，嵌入土体中。
47.(h)脱离钢制外壳。旋松钢制外壳1，将其与装置主体脱离，以减少水流对装置的影响，取出钢制外壳1。
48.(i)安装上部结构。安装传输天线4与激光透镜5，旋紧固定螺栓3。
49.(j)重复步骤(d)
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(i)，完成剩余8台监测预警装置的安装。
50.(k)启动装置，将水平位移与沉降置零，开始监测，装置安装完成。
51.为说明土体位移监测装置6的工作原理，本实施例以河道23底部河床25土体发生沉降和水平位移为例来详细阐述其实现原理，过程如下：
52.(a)某一时刻，河道23底部土体发生沉降和水平位移。
53.(b)沉降监测。无人机27通过激光测距仪28发送激光，激光透镜5接收到激光后测得无人机27与监测预警装置的距离，由于无人机27的位置可通过gps、北斗等定位系统得到，因此可计算得到监测预警装置的高度变化，即沉降。
54.(c)水平位移监测。监测预警装置发生倾斜，带动倾斜角度传感器14倾斜，但导电液体17的液面保持水平，负电极16为一长电阻丝，液面变化使得其有效电阻发生变化，四根负电极16通过电流表19的电流分别呈现升高和降低的趋势，根据电流表19测得的四个电流量变化，可以计算得到液面发生倾斜的角度。
55.(d)数据回报和预警。监测预警装置测得的沉降和水平位移数据通过传输天线4发送至上位机26，当沉降和水平位移达到上位机26中预先设置的阈值时，触发上位机26预警。
56.本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。