一种活塞附着式气动探头装置及其使用方法与流程

本发明属于建筑施工地下围护墙测斜领域，尤其是涉及一种活塞附着式气动探头装置及其使用方法。

背景技术：

随着城市化进程的快速发展，基坑规模和开挖深度不断增加，深基坑的安全问题成为工程施工首要考虑的因素。基坑开挖必然会破坏土体原始平衡状态，为了建立起新的平衡，基坑周围的土体、建筑物和埋设物也必然会对基坑围护墙的结构墙体(简称基坑围护墙，例如地下连续墙)等进行挤压，从而造成基坑围护墙产生一定的变形，当这种变形超过一定的安全极限时，就会对基坑本身和周围保护目标造成严重的破坏，严重的可能会发生崩塌、突涌等严重的安全事故。所以为了保障基坑施工的安全，必须在基坑施工过程中要对基坑围护墙进行检测，以便于对基坑的安全状态做出评价，采取有效的措施确保基坑本身、保护目标和相关施工人员的安全。

目前基坑变形监测手段主要是采用测斜仪进行检测，现有的测斜仪主要由探头、测读仪、电缆和测斜管四部分组成；所述测读仪可读取探头的测量数据，保存和处理测量数据并对探头供电，测斜管预埋于基坑围护墙内，探头位于测斜管内，探头通过电缆与测读仪连接；使用时，通过人工上提或者下放电缆，将探头分别放置于所述测斜管的不同位置，来分别测量所述测斜管的不同位置的变形情况。探头包括两组导轮导向机构与安装有测斜仪线路板的主体结构，每组导轮导向机构包括导轮连接杆、两个导轮以及一个扭簧，扭簧安装在导轮连接杆的中心，安装初始状态，使扭簧一定的扭转角度，此时，扭簧就会给导轮连接杆施加一个确定的初始预紧力矩。在实际工程中，根据工程性质区别和不同要求，测斜工作时，通过外力将探头插入测斜管，在测斜管的限制下，使导轮导向机构中的扭簧进一步产生扭转，此时扭簧增加预紧力矩，因此扭簧最终产生的预紧力矩为初始预紧力矩和增加预紧力矩之和；由于预紧力矩的存在就会造成影响探头下放提拉过程中，探头受到额外的摩擦力，从而影响探头顺利的下放和提拉，增加操作人员的劳动强度。

综上所述，为了提高测斜的效率和精度，研究并设计出一种活塞附着式气动探头装置和其使用方法成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种活塞附着式气动探头装置及其使用方法，其气动探头在充入压缩空气前与测斜管之间存在一定间隙，方便气动探头下放和提拉，使变形监测操作更容易实施，提高测斜的效率和精度。

本发明的技术方案是：一种活塞附着式气动探头装置，包括气源泵，测读仪，预埋于基坑围护墙内的测斜管，以及置于测斜管内的气动探头；

所述气动探头包括上下对称设置的两气动活塞体，设于两气动活塞体之间的测斜模块，以及若干个连接两气动活塞体的拉紧螺杆；所述测斜模块的两端分别通过过渡钢管与两气动活塞体相连通，在位于上方的气动活塞体上部和位于下方的气动活塞体下部各连接有一直通接头；且位于上方的直通接头通过中空软管与三通接头相连通，位于下方的直通接头通过盖帽密封，同时气源泵与所述三通接头的其中一端相连通，所述测读仪通过依次穿过三通接头另一端和中空软管内的电线与测斜模块信号连接。

作为优选的技术方案，所述气动活塞体包括整体式缸体，上下贯穿整体式缸体的中心孔，以及若干个等分设于整体式缸体周壁上的阶梯沉孔；

所述阶梯沉孔通过小孔与所述中心孔相连通，并在每个阶梯沉孔内置有活塞块、压缩弹簧、端盖以及活塞杆，且所述活塞块、所述压缩弹簧、所述端盖自内向外依次套装于活塞杆上，并在所述活塞杆的外侧端安装有一橡胶块。

作为优选的技术方案，在所述阶梯沉孔上、位于端盖的外侧设有一卡槽，并在所述卡槽上安装有一孔用挡圈。

作为优选的技术方案，所述整体式缸体采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有若干个平面，所述阶梯沉孔的出口端一一对应设于该平面上，其中平面的个数为2、3或4个。

作为优选的技术方案，所述测斜模块包括连接套、仪器座以及安装在仪器座中心位置的测斜PCB板；所述连接套上端、下端分别与位于上方的过渡钢管和仪器座固定，所述仪器座下端与位于下方的过渡钢管固定。

作为优选的技术方案，在所述测斜PCB板的两侧充填有多孔材料。

作为优选的技术方案，所述气源泵通过输气管线与所述三通接头的其中一端相连通，并在所述输气管线上安装有截止阀。

作为优选的技术方案，所述测读仪通过快插接头与从三通接头另一端穿出的电线相连接。

一种如上所述的活塞附着式气动探头装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：首先通过三通接头、中空软管、快插接头将气源泵、测读仪和气动探头连接好；

步骤2：将气动探头放入预埋于基坑围护墙的测斜管内，并调整气动探头放入的深度；

步骤3：启动气源泵，并向气动探头内充入压缩空气，气动探头内的活塞块和活塞杆向外侧移动，活塞杆外侧端的橡胶块顶住测斜管内壁并与内管壁形成正压力和静摩擦力，通过测斜模块测量测斜管内的变形情况；

步骤4：监测气动探头内压缩空气的压力，若大于等于设定的最高压力，关闭截止阀，关闭气源泵，进行系统保压；若小于等于设定的最低压力，启动气源泵，打开截止阀，进行系统补压；

步骤5：判断基坑围护墙变形监测工作是否需要继续进行，如果需要继续进行，转到步骤4；如果监测工作已经结束，转到步骤6；

步骤6：从测斜管中拉出气动探头。

本发明的优点是：

1.本发明的活塞附着式气动探头装置及其使用方法，其气动探头在充入压缩空气前与测斜管之间存在一定间隙，方便气动探头下放和提拉，使变形监测操作更容易实施；

2.本发明的活塞附着式气动探头装置可以通过控制压缩空气的压力控制空气探头的膨胀程度，从而适应不同尺寸的测斜管，也可以适应不同重量气动探头，结构更简单，应用范围更广，制造维护也更便捷；

3.本发明的活塞附着式气动探头装置，其气动探头通过压缩空气膨胀，可以实现与测斜管内壁全尺寸贴合，更能精确拟合测斜管的变形情况，提高了测量精度。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明气动探头的结构剖视图；

图3为本发明实施例1中气动活塞体的结构示意图；

图4为本发明实施例1中气动活塞体的结构剖视图；

图5为本发明实施例2中气动活塞体的结构剖视图；

图6为本发明实施例3中气动活塞体的结构剖视图；

其中：1气源泵，2测读仪，3气动探头；

31气动活塞体，311整体式缸体，312中心孔，313阶梯沉孔，314小孔，315活塞块，316压缩弹簧，317端盖，318活塞杆，319橡胶块，3110卡槽，3111孔用挡圈，3112平面；

32测斜模块，321连接套，322仪器座，323测斜PCB板；

33拉紧螺杆，34过渡钢管，35直通接头；

4中空软管，5三通接头，6盖帽，7输气管线，8截止阀，9快插接头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基坑围护墙全自动测斜系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1：参照图1至4所示，一种活塞附着式气动探头装置，包括气源泵1，测读仪2，预埋于基坑围护墙内的测斜管，以及置于测斜管内的气动探头3；该气动探头3包括上下对称设置的两气动活塞体31，设于两气动活塞体31之间的测斜模块32，以及四个连接两气动活塞体31的拉紧螺杆33；且测斜模块32的两端分别通过过渡钢管34与两气动活塞体31相连通，这种设计可以根据不同规格尺寸的气动活塞体31进行调整，而且方便维护；在位于上方的气动活塞体31上部和位于下方的气动活塞体31下部各采用螺纹连接有一直通接头35；且位于上方的直通接头35通过中空软管4与三通接头5相连通，位于下方的直通接头35与盖帽6螺纹连接并密封，保证了装置整体的密封性，同时气源泵1通过输气管线7与三通接头5的其中一端相连通，并在输气管线7上安装有截止阀8，测读仪2通过依次穿过三通接头5另一端和中空软管4内的电线与测斜模块32信号连接，且测读仪2通过快插接头9与从三通接头5另一端穿出的电线相连接，该快插接头9的一端通过电线与测读仪2相连，而快速接头9的另一端通过布置在中空软管4内的电线与气动探头3相连，使得气动探头3监测到变形情况能够传输给测读仪2，然后该测读仪2读取和显示变形数据，同时便于插拔，拆卸安装便捷。

本发明的气动活塞体31包括整体式缸体311，上下贯穿整体式缸体311的中心孔312，以及四个等分设于整体式缸体311周壁上的阶梯沉孔313；阶梯沉孔313通过小孔314与中心孔312相连通，并在每个阶梯沉孔313内置有活塞块315、压缩弹簧316、端盖317以及活塞杆318，且活塞块315、压缩弹簧316、端盖317自内向外依次套装于活塞杆318上，并在活塞杆318的外侧端安装有一橡胶块319，同时在阶梯沉孔313上、位于端盖317的外侧设有一卡槽3110，并在卡槽3110上安装有一孔用挡圈3111；上述小孔314设计为压缩空气通向整体式缸体311并推动活塞块315提供通道，活塞块315与相应活塞杆318的一端螺纹固定连接，且压缩弹簧316始终处于受压状态，从而使得气动探头3的初始状态是回缩状态。

本发明的测斜模块32包括连接套321、仪器座322以及安装在仪器座322中心位置的测斜PCB板323；连接套321上端、下端分别与位于上方的过渡钢管34和仪器座322固定，仪器座322下端与位于下方的过渡钢管34固定，同时在测斜PCB板323的两侧充填有多孔材料，多孔材料可以是发泡剂或者带有许多贯通通道的硅胶块，多孔材料可以将上下两空腔区域连通，保证压缩空气可以顺利通过，同时为了防止压缩空气泄露，在各个连接位置都设置了密封装置，如密封圈，提高装置整体的可靠性。

上述活塞附着式气动探头装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：根据实际工程基坑围护结构测斜要求，选择合适的气源泵1、中空软管4的长度以及气动探头3，首先通过三通接头5、中空软管4、快插接头9将气源泵1、测读仪2和气动探头3连接好；

步骤2：将气动探头3放入预埋于基坑围护墙的测斜管内，并按要求调整气动探头3放入的深度；

步骤3：启动气源泵1，并向气动探头3内充入压缩空气，气动探头3内的活塞块315和活塞杆318向外侧移动，受所述测斜管尺寸限制，活塞杆318外侧端的橡胶块319顶住测斜管内壁并与内管壁形成正压力和静摩擦力，然后通过测斜模块32测量当前位置测斜管内的变形情况；

步骤4：通过压力表监测气动探头3内压缩空气的压力，若大于等于设定的最高压力，关闭截止阀8，关闭气源泵1，进行系统保压；若小于等于设定的最低压力，启动气源泵1，打开截止阀8，进行系统补压；

步骤5：判断基坑围护墙变形监测工作是否需要继续进行，如果需要继续进行，转到步骤4；如果监测工作已经结束，转到步骤6；

步骤6：从测斜管中拉出气动探头3，拆除活塞附着式气动探头装置，便于重复利用，节省成本。

综上所述，本发明提供的一种柔性附壁探头装置及附壁方法，结构设计巧妙，具有应用范围广、测量精度高、结构简单、制造成本低和维护方便等优点，解决了现有测斜装置适用性低，精度不能满足特殊地质条件严格要求等弊端，更能适应现代建筑施工领域对高质量、高效率、低成本的要求。

实施例2：参照图5所示，整体式缸体311采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有三个平面3112，阶梯沉孔313的出口端一一对应设于该平面3112上，且每个阶梯沉孔313均通过小孔314与中心孔312相连通，并在每个阶梯沉孔313内置有活塞块315、压缩弹簧316、端盖317，活塞杆318以及孔用挡圈3111。

实施例3：参照图6所示，整体式缸体311采用中空圆柱结构并在该中空圆柱结构的周侧壁等分设置有二个平面3112，阶梯沉孔313的出口端一一对应设于该平面3112上，且每个阶梯沉孔313均通过小孔314与中心孔312相连通，并在每个阶梯沉孔313内置有活塞块315、压缩弹簧316、端盖317，活塞杆318以及孔用挡圈3111。

综上所述，本发明提供的一种活塞附着式气动探头装置及其使用方法，结构设计巧妙，具有应用范围广、测量精度高、结构简单、制造成本低和维护方便等优点，解决了现有测斜装置适用性低，精度不能满足特殊地质条件严格要求等弊端，更能适应现代建筑施工领域对高质量、高效率、低成本的要求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。