一种用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置及方法与流程

本发明属于隧道监控量测领域，尤其涉及一种用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置及方法。主要用于全站仪测量隧道周边收敛，也可用于施工人员观察并读取断面信息。

背景技术：

随着我国公路交通事业迅猛发展，交通路网规模的不断发展与扩大，隧道的建设与日俱增，现场量测和监视是监控设计中的主要一环，也是目前国际上流行的新奥地利隧道施工法中的重要内容。归结起来，监控量测可以准确及时地掌握围岩稳定与支护受力、变形的动态或信息，并以此判断设计、施工的安全与经济。周边收敛是监控量测中的必测项目，量测周边位移收敛速率并通过对实测数据的现场分析、处理，并及时向施工方、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、围岩构造情况、支护变形与稳定情况及校核围岩分类，保证施工的安全与经济。

目前测量隧道周边位移的工具主要有全站仪和各种类型的收敛计。其中通过全站仪量测可获取测点更全面的三维位移数据，同时具有快速、操作误差影响小、数据处理自动化程度高等特点。目前在使用全站仪测量时，测点的埋设十分复杂，通常需要用一根直径22mm，长约400mm的钢筋制成预埋件，外露端焊上50mm×50mm钢板(钢板平面与钢筋纵向一致)，并在钢板上贴上反光膜片。当隧道开挖并初喷混凝土后，在围岩中钻孔，孔深300mm、孔径42mm，将带有反光膜片的锚桩锚固在钻孔中，将反光膜片面向全站仪设站一侧，且要尽量保证预埋件与周边轮廓线垂直。复喷混凝土前用塑料袋或废旧的水泥袋缠绕在测头上，待喷射完毕后，解开塑料袋或水泥袋，清除表面混凝土，使测头露出。这种测桩的埋设方式在施工中会存在很多问题及造成许多不便。首先，测点的制作及埋设工序极其复杂，需在焊接预埋件后及时钻孔埋设预埋件并保护测头，在复喷混凝土后才可露出测头，这样会增大测量人员的工作量，因为需要的工具复杂，所以会造成埋设过程中许多的不便。其次，这种测点的埋设方式必须时刻与现场施工同步，测点埋设必须在初喷混凝土后钻孔，并且保护测头直至复喷混凝土结束，这就要求测量人员埋设测点必须与现场施工时刻同步，造成了许许多多的不便，且测点的埋设时间太长，影响了操作人员的施工进度。最后，测桩在复喷混凝土后外露端长短不一，容易被破坏，且在钢片一侧贴反光膜片用于全站仪测量，测量人员站在钢片后由于隧道内亮度太低则无法清楚地看到测点的位置，且无法快速读取测点信息，这样导致测量人员的工作难度增大，影响操作的流畅性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置及方法，本发明将有效提高操作人员的工作效率，并提高装置的稳定性，降低人为因素影响而引起的测量中的误差。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置，包括直角钢片、加固钢片、射钉、反光膜片、信息牌和加固垫片；

直角钢片包括相互垂直固定连接的一号直角钢片和二号直角钢片，射钉垂直贯穿的一号直角钢片，射钉的尾部火药端位于二号直角钢片一侧；加固钢片与一号直角钢片和二号直角钢片连接，加固钢片作为一号直角钢片和二号直角钢片之间的加筋肋；

加固垫片上开设有贯穿孔，加固垫片通过该贯穿孔套设于射钉上，并处于射钉的尾部火药端与一号直角钢片之间；

反光膜片设置于二号直角钢片上与射钉相对的一面，反光膜片的尾端延伸至二号直角钢片上与射钉相邻的一面；

信息牌设置于二号直角钢片上设置反光膜片的一面。

还包括历史数据二维码，历史数据二维码设置于二号直角钢片上与射钉相邻的一面。

加固钢片包括一号加固钢片和二号加固钢片，一号加固钢片和二号加固钢片分别设置于射钉的两侧，一号加固钢片和二号加固钢片上均具有直角，并通过直角与一号直角钢片和二号直角钢片固定连接。

射钉的长度为250～350mm。

一种用于隧道内测量周边收敛的方法，通过上述的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置进行，过程如下：

将所述快速固定装置的射钉的前端插入在隧道初期支护上打好的钻孔；

旋转直角钢片，使反光膜片与信息牌对准隧道洞口方向；

射钉枪利用将射钉打入围岩内部，并安装到位，并使直角钢片位置固定；

在测量时，通过全站仪对准反光膜片，测量测点的位置；在测点后方通过用照明设备照射测点的反光膜片的尾端，获取前一测点的位置，通过前一测点位置定位下一个测点位置；通过信息牌记录相应测点的信息。

所述的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置还包括历史数据二维码，历史数据二维码设置于二号直角钢片上与射钉相邻的一面；

通过扫描历史数据二维码获得对应测点的历史数据和收敛趋势。

通过扫描历史数据二维码获得对应测点的历史数据和收敛趋势的过程如下：

测量人员首先通过全站仪测量该测点的位置数据并根据位置数据计算出该测点的收敛值，获取该测点的位置数据以及该测点的收敛值后，将位置数据和收敛值输入到网页中，网页通过http请求与后台交互，将数据写入数据库中；

测量人员在浏览器中通过扫描二维码功能扫描历史数据二维码，扫描后跳转到查询网页，查询网页通过后台逻辑查询数据库内容，并将查询结果显示到页面上；

由此扫描后能够在页面上方便地查询到该测点的历史收敛数据及收敛趋势图，相关专家和工作人员也能够方便地查询相关数据，并对施工情况有一个更加精准地判断。

射钉与钻孔之间过渡配合。

所述钻孔呈水平状态。

与现有技术相比，本发明的优点为：

本发明的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置的射钉垂直贯穿的一号直角钢片，加垫钢片上开设有贯穿孔，加垫钢片通过该贯穿孔套设于射钉上，并处于射钉的尾部火药端与一号直角钢片之间，反光膜片设置于二号直角钢片上与射钉相对的一面，反光膜片的尾端延伸至二号直角钢片上与射钉相邻的一面；信息牌设置于二号直角钢片上设置反光膜片的一面；本发明的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置在使用时，先在隧道初期支护上进行钻孔，并将射钉放入钻孔内再用射钉枪将射入围岩，不仅避免了原有钢筋预埋件埋设的困难和较长的施工时间，也避免了焊接钢片等复杂工序，提高了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、简单实用等优点。加固钢片与一号直角钢片和二号直角钢片连接，加固钢片作为一号直角钢片和二号直角钢片之间的加筋肋，将直角钢片的直角处进行加固，防止直角钢片因现场施工的原因而被破坏。另外，加固垫片通过该贯穿孔套设于射钉上，并处于射钉的尾部火药端与一号直角钢片之间，能够防止射钉将直角钢片射穿而报废，提高了工作效率，大大节约了时间。反光膜片设置于二号直角钢片上与射钉相对的一面，反光膜片的尾端延伸至二号直角钢片上与射钉相邻的一面，在使用时，反光膜片的尾端反光膜片背对全站仪的一侧，使测量人员在测点的前后都可以方便地用手电筒观察到测点的位置，提高了工作效率，也有助于测量人员判断下一测点位置。本发明在直角钢片上加入信息牌，可以写入量测时间、里程桩号、施工单位等重要信息，使测量人员、施工工人与业主能方便的获取测点的相关信息，能够更加方便的记录相关数据，使现场工作更加方便。

进一步的，本发明在尾端反光膜片一侧粘贴该测点的历史数据二维码，相关人员可通过扫描该测点的历史数据二维码，从而获取该测点的历史数据及收敛趋势图，使相关工作人员可方便直观地了解测点的历史收敛数据与趋势。本发明通过将历史数据二维码设置于二号直角钢片上与射钉相邻的一面，因此能够保护历史数据二维码遭到破坏。

由上述本发明快速固定装置的有益效果可知，本发明的用于隧道内测量周边收敛的方法能够有效提高操作人员的工作效率，提高装置的稳定性，降低人为因素影响而引起的测量中的误差。

附图说明

图1为本发明的快速固定装置的结构示意图；

图2为本发明的快速固定装置的下部结构示意图；

图3为本发明的快速固定装置的主视图；

图4为本发明的快速固定装置的侧视图；

图5为本发明的快速固定装置的初步安装后的背面示意图；

图6为本发明的快速固定装置的安装完成后的背面示意图；

图7为本发明的快速固定装置的安装完成后的正面示意图；

图8为本发明的快速固定装置的上部结构的正面示意图；

图9为本发明的快速固定装置的上部结构的背面示意图。

图中：1-直角钢片，1.1-一号直角钢片，1.2-二号直角钢片，2-加固钢片，2.1-一号加固钢片，2.2-二号加固钢片，3-射钉，4-反光膜片，5-信息牌，6-反光膜片尾端，7-加固垫片，8-历史数据二维码。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

参照图1～图9，本发明的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置，包括直角钢片1、加固钢片2、射钉3、反光膜片4、信息牌5、加固垫片7和历史数据二维码8；直角钢片1包括垂直固定连接的一号直角钢片1.1和二号直角钢片1.2，一号直角钢片1.1和二号直角钢片1.2选用平钢片，射钉3垂直贯穿的一号直角钢片1.1，射钉3的尾部火药端位于二号直角钢片1.2一侧；加固钢片2与一号直角钢片1.1和二号直角钢片1.2连接，作为一号直角钢片1.1和二号直角钢片1.2之间的加筋肋；加固垫片7上开设有贯穿孔，加固垫片7通过该贯穿孔套设于射钉3上，并处于射钉3的尾部火药端与一号直角钢片1.1之间；反光膜片4设置于二号直角钢片1.2上与射钉3相对的一面，反光膜片4的尾端延伸至二号直角钢片1.2上与射钉3相邻的一面；信息牌5设置于二号直角钢片1.2上设置反光膜片4的一面；历史数据二维码8设置于二号直角钢片1.2上与反光膜片尾端同侧。加固钢片2包括一号加固钢片2.1和二号加固钢片2.2，一号加固钢片2.1和二号加固钢片2.2分别设置于射钉3的两侧，一号加固钢片2.1和二号加固钢片2.2上均具有直角，并通过直角与一号直角钢片1.1和二号直角钢片1.2固定连接。

本发明的用于隧道内测量周边收敛的快速固定装置在使用时，利用射钉枪将射钉3打入，可直接在初期支护喷射完成后进行，不需要等候初喷混凝土和复喷混凝土等工序，大大节约了时间和人员劳动力，同时也便于测量人员进行埋设。在射钉3上安装直角钢片1，在射钉3射入围岩后可将直角钢片1固定于初期支护外侧，用于装贴反光膜片、信息牌和历史数据二维码，便于测量人员观察。同时避免了复杂的施工工序，不需要将钢片焊接到钢筋预埋件上，有效节省了工作时间。将反光膜片装贴在直角钢片上，且面向全站仪设站一侧，以便测量人员进行量测工作。另外，在用于全站仪瞄准的正方形反光膜片后加入一个细长的尾端，可以延伸粘贴到背对全站仪的一侧，这样的设计能够使测量人员在测点后方也可用手电清晰地看清测点的具体位置，使现场人员工作更加方便。本发明的信息牌为可粘贴式的信息牌，粘贴到反光膜片旁。当测点安装好之后，测量人员可将该测点的桩号、施工单位信息和量测日期等信息写入信息牌，测量人员日后测量时可读取该测点的信息，避免出现差错。同样也可用于现场施工人员和业主了解里程信息，方便了现场的工作。本发明的历史数据二维码为可粘贴式的二维码图像，粘贴到反光膜片尾端旁，测量人员可通过扫描二维码即刻获得该测点收敛的历史数据。具体的，射钉长度为250～350mm，固定初期，直角钢片位于射钉尾部100mm处。先在初期支护上钻入深度约为射钉前端长度的钻孔，将射钉前端埋入，再用射钉枪将射钉打入围岩，以保证射钉有足够的埋入深度，确保每次测量的精确度，减少测量误差。另外钻孔直径也许会略宽于射钉直径，用射钉枪打入后即可保证射钉的稳定性，保证测点不会被现场施工破坏。带有直角钢片的射钉，在射钉尾部装炸药处与直角钢片之间加入一个垫片(即加固垫片7)。由于射入段较长，需要较大动力的射钉枪和较多的炸药，会出现射钉将直角钢片击穿的现象，从而导致直角钢片脱落。加入一个垫片，减小直角钢片所受的压强，能够有效防止射钉将直角钢片击穿，从而使施工更加安全，也保证了测点的安装效率，大大节约了时间。

如图5～图7所示，基于本发明的快速固定装置，本发明的用于隧道内测量周边收敛的方法的过程为：将所述快速固定装置的射钉3的前端插入在隧道初期支护上打好的钻孔，所述钻孔呈水平状态，射钉3与钻孔之间过渡配合；旋转直角钢片1，使反光膜片4与信息牌5对准隧道洞口方向(如图5所示)；射钉枪利用将射钉3打入围岩内部，并安装到位，并使直角钢片1位置固定(如图6和图7所示)；在测量时，通过全站仪对准反光膜片4，测量测点的位置(如图8所示)；在测点后方通过用照明设备照射测点的反光膜片4的尾端，获取前一测点的位置，通过前一测点位置定位下一个测点位置；通过信息牌5记录相应测点的信息；通过二维码8可获得该测点收敛的历史数据及收敛趋势图。

更具体的，结合图2和图5所示，本发明的装置在使用时，先将射钉3的前端插入用电钻在隧道初期支护上打好的钻孔，钻孔尽量做到水平状态，钻孔直径不宜过大，以免测量装置的射钉3插入部分晃动较大。

射钉3初步安装结束后，结合图1、图3、图4和图5所示，在射钉3套上直角钢片1，然后旋转直角钢片1，使反光膜片4与信息牌5对准隧道洞口方向，即全站仪设站方向，以便全站仪观测。

随后将射钉3的尾部火药端插入射钉枪，利用发射空包弹产生的火药燃气作为动力，将射钉3打入围岩内部，从而通过一号直角钢片1.1与初期支护混凝土的挤压所产生的摩擦力固定钢片，并保证二号直角钢片1.2不会旋转，使反光膜片4与信息牌5始终保持对准洞口方向。

结合图6、图7、图8和图9所示，一号加固钢片2.1与二号加固钢片2.2加强了直角钢片的强度，保证了射钉3将二号直角钢片1.2固定后，二号直角钢片1.2不会因现场施工原因而被破坏。同时加固垫片7也保证了射钉3不会因动力过大而将一号直角钢片1.1击穿，从而导致装置报废，提高的工作的效率。

结合图8和图9所示，测量人员可通过全站仪对准反光膜片4，精确地测量测点的位置。同时，测量人员也可在测点后方通过用手电照射测点的反光膜片尾部6从而轻易的发现测点的位置，方便测量人员定位下一个测点，大大提高了工作的效率。而信息牌5可以记录相应测点的测点桩号、量测时间与施工单位等信息，历史数据二维码8可以指向一个储存该测点历史收敛数据的网站，方便测量人员与施工人员获取信息，使现场的量测工作更加准确。测量人员首先通过全站仪测量该测点的位置数据并根据位置数据计算出该测点的收敛值，获取该测点的位置数据以及该测点的收敛值后，将位置数据和收敛值输入到网页中，网页通过http请求与后台交互，将数据写入数据库中；测量人员在浏览器中通过扫描二维码功能扫描历史数据二维码，扫描后跳转到查询网页，查询网页通过后台逻辑查询数据库内容，并将查询结果显示到页面上；由此扫描后能够在页面上方便地查询到该测点的历史收敛数据及收敛趋势图，相关专家和工作人员也能够方便地查询相关数据，并对施工情况有一个更加精准地判断。

综上所述，本发明的快速固定装置具有操作简便，施工安全，且经济实用等优点，采用上述装置可以有效地解决目前隧道在测量周边收敛中测点埋设复杂、观测不方便、测点易被破坏，测点信息难以直观获取等问题，提高了量测人员的工作效率，保证了现场量测的精确与可靠。