一种用于层状岩层隧道断面岩层位移监测装置的制作方法

本实用新型涉及隧道监测技术领域，具体涉及一种用于层状岩层隧道断面岩层位移监测装置。

背景技术：

随着工作面的不断推进，破坏了原有的应力平衡，层状岩层隧道岩层的应力重新分布，由于不同岩层对变形的抵抗能力不同，造成隧道围岩不同程度变形，岩层间的离层，甚至垮落，所以在隧道施工过程中，对隧道岩层变形情况观测十分重要。

现有的技术主要是记录不同时刻隧道顶部的位移量，进而推算隧道顶部岩层位移，或者采用离层仪观测顶离层情况，同时需要配备观察员，记录员，并且劳动强度大，同时现有技术一般采用位移传感器，将岩层的位移信号转换成电信号进行监测，电路电线较多，无法实现非接触式监测，干扰隧道内的交通。

技术实现要素：

基于以上问题，本实用新型提供了一种用于层状岩层隧道断面岩层位移监测装置，直接利用锚杆将位移测量头置于岩层中，直接利用锚杆将位移测量头置于岩层中，无需进行单独钻孔；测试中采用非接触式监测，减少观察员、记录员，降低劳动强度；同时减少电路线路对隧道内通勤的影响。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了一种用于层状岩层隧道断面岩层位移监测装置，包括ccd相机和多个由隧道内壁径向打入岩层的锚杆，锚杆为中空结构，锚杆前端侧壁设有通孔；锚杆腔中设置有内筒，锚杆前端同轴连接有套头，套头为中空结构，套头前端设置有圆柱形的位移测量头，位移测量头一端位于套头前端的中空结构内，另一端伸出套头前端；内筒内腔中插设有传力杆，传力杆一端穿出内筒前端并与位移测量头同轴固定连接，另一端连接有示踪块，示踪块位于远离套头的锚杆端头外部；远离位移测量头的套头内设置有缩口段，位移测量头与缩口段之间安装有弹簧。

进一步地，套头与锚杆前端通过螺纹可拆卸连接。

进一步地，套头外壁设置有橡胶环，橡胶环与套头外壁接触部分密封连接。

进一步地，远离套头的锚杆端头设置有止浆塞和垫板。

进一步地，锚杆内壁与内筒外壁通过连接片固定连接，连接片沿锚杆长度方向设置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在锚杆前端设置位移测量头，通过传力杆传递至示踪块，直接利用锚杆将位移测量头置于岩层中，无需进行单独钻孔；再利用ccd相机对示踪块进行位移监测，通过ccd相机获得的示踪块的图像分布，并建立示踪块的位移量，直接确定层状岩层隧道断面岩层位移；测试中采用非接触式监测，能够进行监测，并减少观察员、记录员，降低劳动强度；同时减少电路线路对隧道内通勤的影响。

附图说明

图1为实施例中安装有层状岩层隧道断面岩层位移监测装置隧道断面图；

图2为实施例中锚杆与套头连接示意图；

图3为实施例中锚杆的断面示意图；

图4为实施例中安装有层状岩层隧道断面岩层位移监测装置隧道侧视图；

其中，1、ccd相机；2、锚杆；3、通孔；4、内筒；5、套头；6、位移测量头；7、传力杆；8、示踪块；9、缩口段；10、弹簧；11、橡胶环；12、止浆塞；13、垫板；14、连接片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例：

参见图1-4，一种用于层状岩层隧道断面岩层位移监测装置，包括ccd相机1和多个由隧道内壁径向打入岩层的锚杆2，锚杆2为中空结构，锚杆2前端侧壁设有通孔3；锚杆2腔中设置有内筒4，锚杆2前端同轴连接有套头5，套头5为中空结构，套头5前端设置有圆柱形的位移测量头6，位移测量头6一端位于套头5前端的中空结构内，另一端伸出套头5前端；内筒4内腔中插设有传力杆7，传力杆7一端穿出内筒4前端并与位移测量头6同轴固定连接，另一端连接有示踪块8，示踪块8位于远离套头5的锚杆2端头外部；远离位移测量头6的套头5内设置有缩口段9，位移测量头6与缩口段9之间安装有弹簧10。

在本实施例中，先利用钻杆在隧道内壁沿隧道断面径向钻孔，孔径略大于锚杆2直径，然后将带有位移测量头6的锚杆2插入孔洞中，调节锚杆2伸入长度以满足测量头对岩层位移测量要求，一般控制为位移测量头6刚好伸出自由状态伸出套头5的一半的位置为准，以满足位移测量头6在岩层产生位移时，可进行伸缩以反映位移量；锚杆2的打入也是采用钻孔后插入锚杆2，所以锚杆2的长度是根据钻孔的深度来进行确定的，而钻孔的深度则可以根据需要的检测深度进行确定。弹簧10的设置可以使得位移测量头6能够进行伸缩，以时时反应岩层的位移状况。然后通过锚杆2内壁与内筒4之间的间隙进行注浆，水泥浆液由锚杆2前端的通孔3流入孔洞内；然后进行封孔；水泥浆液凝结硬化后，锚杆2与岩层稳定连接；ccd相机1垂直于隧道断面设置。

本实施例中成像系统采用粒子图像测速技术(piv)，是一种用多次摄像以记录流场中粒子的位置，并分析摄得的图像，从而测出流动速度、位移的方法。其基本原理是在流场中布撒示踪粒子(示踪块8)，并用脉冲激光片光源入射到所测流场区域中，通过连续两次或多次曝光，粒子的图像被记录在底片上或ccd相机1上，从而获得示踪块8的位移量，可以分析不同时间段内示踪块8位移的动态发展规律；测试中采用非接触式模型试验，排除了测试过程中人工干预对结果的影响，排除了人的主观性和随意性带来的偶然误差。

岩层产生位移时，测量头会随着岩层的位移方向移动，传力杆采用应力作用下应变微小可忽略不计的刚性材料制得，从而由传力杆7带动示踪块8移动，示踪块8的位移量就等于岩层的位移量；同时垂直于隧道断面的ccd相机1会时时记录示踪块8的位置信息，并将其转换成图像信号，通过对比不同时间点的示踪块8位置，通过比例换算即可获得示踪块8的位移量，从而直接确定该时间段内的层状岩层隧道断面岩层位移量；且在测试中采用非接触式监测，能够进行时时监测，并减少观察员、记录员，降低劳动强度；同时减少电路线路对隧道内通勤的影响。

因套头5的位移测量头6属于精密仪器，一般采用单独包装；套头5与锚杆2前端通过螺纹可拆卸连接，便于锚杆2与带有位移测量头6、传力杆7、示踪块8的套筒的分别包装，不会在运输过程中造成影响。需要配套使用时也便于快速安装，操作简单。

套头5外壁设置有橡胶环11，橡胶环11与套头5外壁接触部分密封连接。工程中使用时，橡胶环11的直径大于孔洞直径，起到对位移测量头6的保护作用，不会在注浆过程中造成水泥浆液流入套头5前端将套头5与位移测量头6胶结在一起。

远离套头5的锚杆2端头设置有止浆塞12和垫板13，止浆塞12的设置规避了注浆后产生漏浆的问题。垫板13可以在封锚后增大硬化砂浆与锚杆2的接触面积，增大锚杆2的支护作用，也起到一定的抗浮作用。

锚杆2内壁与内筒4外壁通过连接片14固定连接，连接片14沿锚杆2长度方向设置。增大锚杆2与内筒4的整体稳定性，也增大了锚杆2的抗弯折性能。

如上即为本实用新型的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述实用新型验证过程，并非用以限制本实用新型的专利保护范围，本实用新型的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。