一种隧道用钢拱架表面应变计安装装置及方法与流程

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道用钢拱架表面应变计安装装置及方法。


背景技术：

2.隧道施工过程中，洞身开挖后，随着围岩应力的释放，隧道容易变形和坍塌，因此需要及时建立初支系统提供支撑，以保证施工安全。而初支系统建立后，需要对初支系统中的钢拱架进行应力监测，实时掌握初支系统的应力变化情况，从而评估钢拱架的支撑状态，为隧道拱顶变形和坍塌事故作出预警。
3.目前，隧道用应变计采用钢弦式圆柱状表面应变计，通用的安装方案是：
4.1、隧道布设时，先采用纱布或纱纸对测点处钢拱架表面进行打磨，将其表面的锈迹及污染物清除；
5.2、将两块空心状的安装块摆放好位置，将其拧紧钢弦式应变计替芯的首尾两端；
6.3、采用电焊将安装块的底面与钢拱架翼缘内侧，进行焊接；
7.4、拧松安装块十五螺纹柱，将钢弦式应变计替芯取下，替换上真正的钢弦式应变计；
8.5、重新采用扳手拧紧应变计，再用电焊焊接保护罩覆盖于应变计，最后整理好导线。
9.这种安装方式主要存在以下问题：一是，在监测钢拱架应力时安装应变计，作业空间过于狭小；二是应变计通过安装块与钢拱架焊接在一起，由于安装块底面过于狭小，焊接及其不牢固，易发生脱落，需多次焊接，极大的拖慢施工进度；三是应变计通过安装块与钢拱架焊接在一起，并没有直接接触造成测量数据误差较大；四是这种方式十分危险，且焊接产生的高温易损坏应变计，降低了工程效率；五是钢拱架过于高大，安装时需要采用扶梯等工具，增加了作业风险；六是焊接时，由于铁质材料，导热性能强，极易烫伤作业人员。


技术实现要素：

10.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种隧道用钢拱架表面应变计安装装置，对应变计安装时无需焊接，无需采用扶梯等工具，而且能够一次安装两个，降低了测试人员的劳动强度，提高了安装效率，测试结果也更加准确。
11.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
12.第一方面，本发明的实施例提供了一种隧道用钢拱架表面应变计安装装置，包括手持件，手持件的端部设有伸缩机构，伸缩机构的两端均可拆卸连接有夹持柱，夹持柱滑动穿过u型板的内挡板后连接应变计夹爪，夹持柱通过柱面设置的凹槽弹性连接卡紧件，夹持柱还设有限位块，限位块和卡紧件分别位于内挡板两侧且与内挡板接触以对u型板进行定位，卡紧件位于夹持柱设定位置以使得卡紧件与内挡板外侧面接触时，夹持柱能够通过应变计夹爪将应变计压紧在钢拱架翼缘内侧面。
13.可选的，所述手持件采用l型结构，包括第一手持部和垂直连接在第一手持部端部的第二手持部，第二手持部连接有伸缩机构。
14.可选的，第一手持部设有把手。
15.可选的，所述第二手持部为伸缩结构，包括与第一手持部固定的固定部和与固定部伸缩连接的伸缩部，其中固定部的两侧均铰接有第一连杆，伸缩部的两侧均铰接有第二连杆，同侧的第一连杆和第二连杆铰接并且在铰接位置与夹持柱可拆卸连接。
16.可选的，伸缩部的一端与固定部伸缩连接，另一端设有顶推块。
17.可选的，所述顶推块用于与钢拱架接触的表面设有柔性垫。
18.可选的，所述伸缩机构的端部设置有销轴，所述夹持柱端部设有与所述销轴相匹配的螺帽，螺帽能够套在销轴外周。
19.可选的，所述应变计夹爪包括能够张开和闭合的第一夹持件和第二夹持件，第一夹持件和第二夹持件用于与应变计接触的表面设有柔性垫。
20.可选的，所述卡紧件一侧侧面通过弹性件与凹槽的底部槽面连接，另一侧侧面与夹持柱轴线呈设定锐角，且靠近应变计夹爪一端与夹持柱轴线的距离小于另一端与夹持柱轴线的距离。
21.第二方面，本发明的实施例提供了一种第一方面所述的隧道用钢拱架表面应变计安装装置的方法，包括以下步骤：
22.利用应变计夹爪对应变计进行初步固定，卡紧件和限位块对u型板定位，使得整个安装装置与钢拱架配合后，伸缩机构两侧的u型板的外挡板与钢拱架的翼缘外侧面贴合；
23.伸缩机构带动夹持柱运动，直至卡紧件越过内挡板后在弹性件的作用下伸出并与内挡板外侧面接触，应变计夹爪带动应变计压紧在钢拱架翼缘的内侧面，完成应变计的固定；
24.将夹持柱与伸缩机构分离，以对下一个应变计进行安装。
25.本发明的有益效果如下：
26.1.本发明的应变计安装装置，在卡紧件和限位块的作用下，u型板的外挡板能够与钢拱架翼缘的外侧面贴合，通过伸缩机构带动夹持柱运动，从而将应变计压紧在钢拱架的内侧面，利用卡紧件与内挡板的接触实现锁紧，同时完成两个应变计的安装，使用时无需焊接操作，安装方便快捷，避免了使用安装块焊接安装造成的易发生脱落、拖慢施工进度、高温对应变计造成损坏、烫伤作业人员的缺陷，而且应变计直接与钢拱架内侧面接触，测量结果更加准确。
27.2.本发明的应变计安装装置，第二手持部为伸缩结构，第二手持部的伸缩部与钢拱架接触后，配合第一连杆和第二连杆运动，操作人员在地面通过移动第一手持部即可实现伸缩结构的伸缩运动，进而带动夹持柱的运动，安装时无需扶梯登高操作，作业风险低。
28.3.本发明的应变计安装装置，伸缩机构通过销轴和螺帽与夹持柱连接，只要沿销轴轴线方向移动销轴即可实现伸缩机构和夹持柱的分离，操作方便，在地面通过移动手持部即可实现，无需扶梯登高操作，降低了作业风险。
附图说明
29.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
30.图1是本发明实施例1整体结构示意图；
31.图2是本发明实施例1手持件与伸缩机构配合示意图；
32.图3是本发明实施例1夹持柱与u型板配合示意图；
33.其中，1.钢拱架，2.u型板，2-1.上挡板，2-2.内挡板，2-3.外挡板，3.表面应变计，4.手持件，4-1.第一手持部，4-2.第二手持部，5.把手，6.第一连杆，7.第二连杆，8.销轴，9.销轴，10.顶推块，11.夹持柱，12.六角螺帽，13.柔性垫，14.卡紧件，15.限位块,16.应变计夹爪。
具体实施方式
34.实施例1：
35.本实施例提供了一种钢拱架表面应变计安装装置，如图1-图3所示，包括手持件4，作业人员能够通过手持件操作整个安装装置，手持件的端部设置有伸缩机构，伸缩机构能够实现朝向两侧的伸缩运动，伸缩机构的两个端部均可拆卸的连接有夹持柱，伸缩机构两个端部的夹持柱均对应设置u型板2，u型板包括上挡板2-1，上挡板2-1的内端部设有内挡板2-2，外端部设有外挡板2-3，夹持柱垂直穿过内挡板并与内挡板滑动连接，外挡板用于与钢拱架1翼缘的外侧面接触。
36.夹持柱的一端与伸缩机构可拆卸连接，另一端穿过内挡板后连接应变计夹爪，夹持柱通过柱面设置的凹槽弹性连接卡紧件，采用此种设置，夹持柱沿内挡板运动时，卡紧件能够从内挡板的内侧运动至外侧并与内挡板的外侧面接触，防止夹持柱11反向运动，同时，外挡板与钢拱架翼缘外侧面接触状态下，夹持柱能够通过应变计夹爪将表面应变计3压紧在钢拱架1翼缘的内侧面，实现表面应变计的固定。
37.本实施例中，所述手持件采用l型结构，包括第一手持部4-1和设置在第一手持部端部的第二手持部4-2，第一手持部4-1和第二手持部4-2均采用杆状结构，第一手持部4-1的长度满足作业人员在地面对应变计进行安装的需求。
38.第一手持部4-1上安装有把手5，方便作业人员抓握第一手持部4-1，所述把手5包裹有防滑橡胶垫，防滑橡胶垫表面设置有防滑纹。
39.所述第二手持部4-2采用伸缩结构，包括固定部和插入固定部并与固定部伸缩连接的伸缩部，固定部与第一手持部4-1垂直固定，伸缩部的长度大于固定部的长度，固定部内表面与伸缩部外表面贴合，自然状态下，依靠摩擦力固定，只有在外力达到设定值后才能够实现伸缩运动。
40.所述第二手持部4-2连接有伸缩机构，伸缩机构能够带动其两端的夹持柱运动。
41.所述伸缩机构包括两个第一连杆6和两个第二连杆7，第二手持部4-2的一侧设置有一根第一连杆6和一根第二连杆7，另一侧对称设有另一根第一连杆6和另一根第二连杆7。
42.第一连杆6的一端通过销轴与固定部的端部铰接，第一连杆6的另一端与第二连杆7的一端通过销轴8铰接，第二连杆7的另一端通过销轴9与伸缩部的端部铰接。
43.所述伸缩部位于固定部外侧的端部设有顶推块10，顶推块10用于与钢拱架1翼缘之间的腹板接触。
44.为了防止顶推块10对钢拱架1施加顶推力时对钢拱架1造成损坏，所述顶推块10用于与钢拱架1接触的表面设置有柔性垫，本实施例中，所述柔性垫采用海绵垫或橡胶垫。
45.作业人员带动手持件运动，直至顶推块10与钢拱架1的腹板接触，然后手持件继续朝向腹板方向运动，伸缩部产生缩入固定部的运动，通过第一连杆6和第二连杆7带动夹持柱11向外侧方向运动。
46.操作时，作业人员只需要在地面手持把手5操作即可，无需扶梯登高操作，作业危险性低。
47.所述夹持柱11与第一连杆6和第二连杆7的交叉位置处可拆卸连接，具体的，夹持柱11的端部设有螺帽，螺帽采用六角螺帽12，六角螺帽12能够套在第一连杆6和第二连杆7之间的销轴8外周，实现夹持柱11与伸缩机构的可拆卸连接。
48.使用时，只需要沿销轴8轴线方向移动伸缩机构，即可实现夹持柱11与伸缩机构的分离，作业人员在地面手持把手5操作即可，方便快捷，无需扶梯登高操作，作业危险性低。
49.所述夹持柱11通过内挡板2-2开设的开孔穿过夹持柱11，开孔的直径大于应变计的直径及夹持柱的直径，夹持柱11伸入内挡板2-2和外挡板2-3之间的端部设有应变计夹爪16。
50.所述应变计夹爪16包括第一夹持件和第二夹持件，第一夹持件和第二夹持件的同侧端部通过铰接轴与夹持柱11转动连接，进而实现第一夹持件的张开和闭合，自然状态下，第一夹持件和第二夹持件通过摩擦力与夹持柱保持固定，能够对应变计施加一定的压力进行初步固定。
51.所述第一夹持件和第二夹持件用于夹持应变计的表面设置有柔性垫13，本实施例中，柔性垫13采用海绵垫，避免第一夹持件和第二夹持件将应变计夹紧时对应变计造成损伤。
52.所述夹持柱11的柱面上开设有凹槽，所述凹槽采用矩形槽，夹持柱11通过矩形槽弹性连接有卡紧件14，具体的，所述凹槽内设置有弹性件，弹性件采用不锈钢弹簧，不锈钢弹簧一端与凹槽的底部槽面固定，另一端与卡紧件14固定。
53.本实施例中，所述卡紧件14采用直角三角形结构，其底面为长直角边对应的面，与不锈钢弹簧连接，其顶面为斜边对应的面，与夹持柱的轴线呈设定锐角，且顶面靠近应变计夹爪12一端与夹持柱轴线的距离小于另一端与夹持柱11轴线的距离。
54.采用此种设置方式，当夹持柱11朝向外挡板2-3方向运动时，内挡板2-2开孔的孔面能够将卡紧件14压入凹槽内部，使得卡紧件14能够越过内挡板2-2，而且越过内挡板2-2后，卡紧件14能够在不锈钢弹簧的作用下弹出，且较短直角边所在的面与内挡板的外侧面接触，防止夹持柱反向运动。
55.本实施例中，卡紧件14设置在夹持柱11柱面的设定位置，卡紧件14距离夹持柱11连接伸缩机构端部的距离为表面应变计3的直径，夹持柱11的长度为内挡板2-2和外挡板2-3之间的距离，使得卡紧件14越过内挡板2-2并且与内挡板2-2的外侧面接触后，随着夹持柱11的运动，应变计夹爪12张开，夹持柱11能够利用应变计夹爪12将表面应变计3压紧在外挡板内侧面，进而利用应变计夹爪12的柔性垫13的挤压作用将表面应变计3挤压固定在钢拱架1翼缘内侧面。
56.本实施例中，夹持柱11的柱面上还固定设置有限位块15，限位块15和卡紧件14分
别位于内挡板2-2的两侧，初始状态下，卡紧件14和限位块15均与内挡板2-2接触，进而对内挡板2-2的位置进行限位，伸缩机构利用固定部和伸缩部之间的摩擦力保持固定，使得将整个安装装置与钢拱架配合时，两个u型板2的外挡板2-3的内侧面能够与钢拱架1翼缘的外侧面贴合设置。
57.实施例2
58.本实施例提供了一种实施例1所述的钢拱架表面应变计安装装置的方法，包括以下步骤：
59.将两个表面应变计3分别利用两个应变计夹爪12进行初步固定。
60.将两个夹持柱11端部分别通过六角螺帽12连接在伸缩机构第一连杆6和第二连杆7铰接位置处的销轴8上。
61.工作人员手持把手5对整个安装装置进行放置到目标位置，使得两个u型板的外侧板2-3内表面与钢拱架1翼缘的外侧面接触。
62.然后工作人员通过把手5将伸缩机构朝向钢拱架1的腹板方向移动，直至顶推块10接触钢拱架1的腹板。
63.继续运动，在腹板的作用下，伸缩部产生缩入固定部的运动，通过第一连杆6和第二连杆7带动夹持柱11向两侧方向运动，卡紧件14越过内挡板2-2后再次在不锈钢弹簧的作用下伸出，与内挡板2-2的外侧面接触，防止夹紧柱11反向运动，同时，夹紧柱11利用应变计夹爪16将表面应变计3压紧在钢拱架1翼缘的内侧面，同时完成两个表面应变计3的安装，上挡板同时对表面应变计3起到了保护作用，避免了表面应变计受喷混的污染。
64.作业人员手持把手，移动伸缩机构，将第一连杆6和第二连杆7之间的销轴8与夹持柱11端部的六角螺帽12分离，完成了夹持柱11与伸缩机构的分离。
65.此时手持部和伸缩机构用于下一个位置的表面应变计的安装。将所有表面应变计的数据线连接数据采集仪后，能够将得到的数据进行分析，进而得到钢拱架的应力。
66.采用本实施例的安装装置，使用时无需焊接操作，安装方便快捷，避免了使用安装块焊接安装造成的易发生脱落、拖慢施工进度、高温对应变计造成损坏、烫伤作业人员的缺陷，而且应变计直接与钢拱架内侧面接触，测量结果更加准确，而且，在地面通过移动手持部即可实现，无需扶梯登高操作，降低了作业风险。
67.本实施例的安装装置，使用不不同高度位置的表面应变计的安装，大大的提高了工作效率。由于作业人员在地面操作，可以高效地解决作业环境狭小的问题，可调节高度，适用隧道不同位置的初支应力的监测，并且能重复利用，使钢拱架应力测试更加便利，降低了测试人员劳动强度，测试结果也更加准确。
68.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。