一种深层水平位移自动测量装置的制作方法

本发明属于岩土工程监测技术领域，具体涉及一种深层位移自动测量技术。

背景技术：

在基坑土方开挖过程中，因为挡墙后地层产生剪应力增量，土体产生剪切变形，使整个围护结构向基坑方向变位，所以需要对基坑周边土体或围护结构进行深层水平位移监测。

深层土体位移，可以分为水平位移和垂直位移，深层土体变形反映到地表，有一个滞后的过程，需要一定的时间，及时掌握深层土体的运动，必要时采取适当的施工保护措施，使地下工程施工和周围环境安全防患于未然。

支护系统的挠曲变形，包括围护结构在水平方向上的挠曲变形和支撑杠件在垂直方向上的挠曲变形，围护结构的挠曲变形通过测斜仪进行测量。

测斜监测可以测量不同深度的桩体和土体的水平位移，判断开挖过程中围护结构及周边土体是否有失稳征兆，总结其变形规律，指导科学施工，被广泛应用在深基坑监测中。

常规的基坑深层水平位移监测，采用便捷式测斜仪和固定式测斜仪：便捷式测斜仪通常是人工使用，需要监测人员携带测斜仪去现场读取数据，无法摆脱人工测量，耗时耗力、效率低下、受天气和时间制约，无法实现全天候跟踪监测，无法做到连续监测，无法提前报警，特别在恶劣天气等环境，人员无法去现场采集测斜监测数据，而基坑往往就是在恶劣天气时，容易发生较大变形，逐渐不能满足现代信息化施工的监测需求；固定式测斜仪根据被测深度，将若干个测斜探头串联固定至测斜管内不同深度，利用无线控制技术进行数据的采集和传输，虽然这种方法可以实现自动化监测，但每个测斜孔需要安装多个测斜传感器串联使用，成本巨大，并且安装复杂，单个损坏时，更换难度大，由于固定式测斜仪的长度，测点分布又无法满足规范0.5m/1m的分布要求，无法大规模推广使用。

为了解决便捷式测斜仪费时费力、人为误差、恶劣天气不能加密观测和固定式测斜仪测点分布密度不足、安装复杂、更换难度大和成本高的问题，需要在已有深层水平位移监测技术基础上，开发一套能够实现自动采集、传输、安装便捷、成本较低的测量装置。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种深层水平位移自动测量装置，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。

装置包括：保护罩、支架、电机、传动组件、卷线轮、测斜电缆线、测斜组件、计数组件、监控组件。

保护罩固定于地面，采用防腐材料，顶部设置可开合顶盖，底部设置圆孔。

支架安装于保护罩内部，电机、卷线轮、计数组件、监控组件安装于支架。

传动组件连接电机和卷线轮，电机转动，通过传动组件驱动卷线轮转动。

测斜电缆线缠绕于卷线轮，一端穿过卷线轮的轴心，连接监控组件，另一端穿过计数组件，连接测斜组件。

测斜组件埋于地下，连接测斜电缆线，探测深层岩土的水平位移方向和距离，产生位移信号，通过测斜电缆线发送至监控组件。

计数组件记录测斜电缆线的移动方向和距离，得到测斜组件埋入地下的竖直深度，产生深度信号，发送至监控组件。

监控组件接收控制指令，开启或关闭电机，根据位移信号和深度信号，产生测斜数据，发送至服务器。

计数组件包括：尺度盘和计数器，尺度盘边缘设置凹槽，凹槽采用大摩擦系数材料，测斜电缆线嵌入尺度盘凹槽，带动尺度盘转动，计数器安装于尺度盘的轴心，随尺度盘转动，打点计数，尺度盘转过一圈，计数器打点一次，转动方向相反，产生正负电信号，发送至监控组件。

监控组件包括：数据采集器和通信模块，数据采集器接收位移信号和计数信号，计算不同深度值对应的不同位移值，产生测斜数据，经通信模块发送至监控服务器，通信模块接收开关机指令，控制电机开关和转动方向。

测斜组件包括：测斜管和测斜探头，保护罩底部的圆孔套在测斜管外壁，测斜管内壁设置凹槽，测斜探头连接测斜电缆线，设置弹簧滚轮和位移传感器，置于测斜管内，弹簧滚轮沿凹槽滑动，位移传感器探测深层岩土的水平位移方向和距离，产生位移信号，发送至测斜电缆线。

装置还包括：滑动组件，安装于支架，传动组件连接电机和滑动组件，测斜电缆线穿过滑动组件，电机通过传动组件驱动滑动组件平移，使测斜电缆线平铺缠绕于卷线轮。

滑动组件包括：定位杆、丝杆、蜗轮、滑轮、挂件，挂件的上端连接滑轮的轴心，下端连接蜗轮的轴心，滑轮和蜗轮通过挂件同步移动，滑轮边缘设置凹槽，测斜电缆线嵌入滑轮凹槽，定位杆的两端安装于支架，穿过滑轮的轴心，丝杆平行于定位杆，一端连接支架，另一端连接传动组件，和蜗轮啮合，电机通过传动组件驱动丝杆转动，使蜗轮沿丝杆平移，带动滑轮和测斜电缆线沿定位杆平移。

传动组件包括：齿轮组或链条组，连接电机和卷线轮、丝杆，卷线轮的轴向平行于丝杆，电机转动，带动齿轮组或链条组，使卷线轮和丝杆旋转。

装置还包括：导向组件，采用数对导轮，测斜电缆线穿过导轮，各导轮分别夹持测斜电缆线，固定测斜电缆线的滑动方向。

本发明结构简单、安装便捷，通过远程控制程序自动进行深层水平位移测斜数据采集，克服了人工监测数据采集不及时、人为误差大、恶劣天气无法加密观测和效率低下等问题；通过远程控制电机带动卷线轮转动，模拟人工方法进行测斜工作，克服了固定式测斜仪分布密度不足、安装复杂、更换难度大和成本高等问题；将采集到的数据通过无线通讯传输至服务云平台，监测更加及时，监测数据分析更加全面，用户无论在哪里都可以实现在线查看监测数据和接收超限报警信息，自动化效率高，节省大量人力物力，便于推广使用，可广泛应用于基坑、边坡、大坝工程等各种深层水平位移的自动测量。

附图说明

图1是装置正视图，图2是装置俯视图，图3是装置侧视图。

附图标记；1-保护罩，2-卷线轮，3-链条组，4-丝杆，5-定位杆，6-尺度盘，7-测斜电缆线，8-测斜探头，9-测斜管，10-导轮组，11-电机，12-通信模块，13-数据采集器，14-蜗轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。

保护罩1采用防腐材料，例如不锈钢，选择需要监测深层岩土水平位移情况的地点，采用膨胀螺丝，将保护罩1固定于地面，保护罩1的顶部设置可开合顶盖，防护灰尘和雨水，方便打开检修和维护内部装置。

保护罩的底部设置圆孔，在圆孔处向下打深孔，埋入测斜管9，如图1所示，圆孔的直径略大于测斜管9的直径，套在测斜管9的外壁，测斜管9的内壁设置凹槽，测斜探头8设置弹簧滚轮和位移传感器，连接测斜电缆线7，置于测斜管9内，弹簧滚轮沿凹槽滑动，如果岩土发生了位移，位移传感器探测深层岩土的水平位移方向和距离，产生位移信号，如图3所示，通过测斜电缆线7发送至数据采集器13。

尺度盘6的边缘设置凹槽，凹槽采用大摩擦系数材料，测斜电缆线7嵌入尺度盘凹槽，如图1、2、3所示，由于摩擦力较大，带动尺度盘6转动，计数器安装于尺度盘的轴心，随尺度盘6转动，打点计数，尺度盘6转过一圈，计数器打点一次，记录测斜电缆线的移动方向和距离，得到测斜探头8位于地下的竖直深度，产生深度信号，更换不同周长的尺度盘6，可以更改计数间隔，从而改变记录深度的间隔，尺度盘6向测斜管9转过一圈，说明测斜电缆线7随测斜探头8在测斜管9内落下一周长的深度，如果转动方向相反，说明提高一周长的深度，产生正负电信号，每个电信号对应不同的测斜深度值，发送至数据采集器13。

工作人员可以远程发出指令，也可以通过监控服务器设置自动发出监测指令，通信模块12以无线方式接收控制指令，发送至数据采集器13，控制电11开关和转动方向，数据采集器13接收位移信号和计数信号，计算不同深度值对应的不同位移值，产生测斜数据，经通信模块12以无线方式发送至监控服务器，不再需要人工现场操作，适应各种人工无法作业的地形和气候，实现全天候远程监测，还可以设定阈值，触发报警。

挂件的上端连接滑轮的轴心，下端连接蜗轮的轴心，滑轮和蜗轮通过挂件同步移动，滑轮边缘设置凹槽，测斜电缆线嵌入滑轮凹槽，定位杆5穿过滑轮的轴心，丝杆4平行于定位杆5，一端连接支架，另一端连接链条组3，如图1所示，丝杆4和和蜗轮14啮合，如图3所示，电机11通过链条组3驱动丝杆4转动，使蜗轮14沿丝杆平移，带动滑轮和测斜电缆线7沿定位杆平移，使测斜电缆线7平铺缠绕于卷线轮，避免了测斜电缆线7由于自身直径和硬度导致堆叠在卷线轮2互相挤压导致损坏，以及节省空间。

链条组3连接电机11和卷线轮2、丝杆4，如图1和2所示，卷线轮2的轴向平行于丝杆4，电机11转动，带动链条组3，使卷线轮2和丝杆4旋转，使测斜电缆线7同步滑动和平移，节省动力，不再依赖人工手动，实现自动化操作。

测斜电缆线7穿过数对导轮组10，如图2所示，各导轮分别夹持测斜电缆线，固定测斜电缆线7的滑动方向，防止测斜电缆线7由于自身的直径和硬度导致扭曲变形，以及随滑轮平移导致滑动方向改变。

上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。