一种土体沉降自动化监测装置及其安装方法与流程

1.本发明涉及土体沉降监测技术领域，特别是涉及一种土体沉降自动化监测装置及其安装方法。


背景技术：

2.随着城市发展，地铁修建、地下管线铺设进入高速发展阶段，地下工程施工造成道路路面坍塌事故频繁发生，道路塌陷事故尤其在大城市呈高发趋势。对于地下工程施工的监测预警成为亟待解决的难题，监测和及时预警隧道、地下工程施工引发的深部土体沉降，及时监控深部土体的变形特点和变形趋势，对于防范地面沉降和地面塌陷有着积极作用。
3.目前，现有的土体沉降一般采用分层沉降仪进行监测，需要在监测点位埋设引导管、沉降磁环，定期使用磁性分层沉降仪进行人工操作、读数、记录测值，效率低，费时费力，且容易观测错误，测量精度低，数据需人工记录归档，不能满足自动化监测需求。并且，沉降磁环在安装或使用过程中难以准确布置在预设深度位置处，影响监测数据的准确性。例如，安装沉降磁环时，将套接有沉降磁环的沉降管放入钻孔中，利用纸线将沉降磁环固定在沉降管上，待纸线在钻孔中遇水后崩断，沉降磁环的锚固铁片弹开嵌入土体中，但在地下水位较高的钻孔中，沉降磁环还未布置到设计位置时已浸泡于水中，纸线提前遇水崩断，导致沉降磁环难以准确布置在设计位置处。而且分层沉降仪在施工过程中，常常需反复多次提起、下放沉降管，最终才能将沉降管末端顺利的通过钻孔送达钻孔底部。在沉降管被反复提起、下放的过程中，沉降磁环与钻孔周围土体的摩擦，并不会随沉降管同步上升、下降，导致沉降管末端到达钻孔底部时，沉降磁环并未处于预定的深度。


技术实现要素：

4.鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种土体沉降自动化监测装置及其安装方法，以解决现有技术中采用沉降磁环监测土体沉降不能满足自动化监测需求，且沉降磁环埋设时难以准确布置在预设深度位置处，影响监测数据的准确性的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明的一个方面是提供一种土体沉降自动化监测装置，包括：
7.外套管，所述外套管的内部中空，所述外套管竖直埋设在土体内的预设深度位置处；
8.内沉降管，所述内沉降管竖直插设在所述外套管的内部，所述内沉降管的底部置于所述预设深度位置处，且所述内沉降管的顶部向上凸出于所述外套管的顶部；
9.静力水准仪，所述静力水准仪设置于所述内沉降管的顶部；
10.保护罩，所述保护罩固定连接在所述外套管的顶部，所述保护罩与所述外套管构成封闭空间，所述内沉降管、所述静力水准仪均位于所述封闭空间内；
11.静力水准仪采集箱，所述静力水准仪采集箱与所述静力水准仪连接。
12.优选地，所述外套管的顶部设置有顶板，所述顶板上设置有供所述内沉降管插入
的通孔，所述保护罩罩设在所述顶板上。
13.优选地，所述顶板上设置有水准气泡。
14.优选地，所述内沉降管与所述外套管同轴布置。
15.优选地，所述外套管的内径比所述内沉降管的外径大10mm。
16.优选地，所述外套管的内壁和所述内沉降管的外壁均涂覆有润滑油。
17.优选地，所述内沉降管的顶部与所述外套管的顶部之间的距离大于50cm。
18.优选地，所述静力水准仪与所述静力水准仪采集箱之间连接有通气管、通液管和通信电缆线。
19.本发明的另一个方面是提供一种如上所述的土体沉降自动化监测装置的安装方法，包括以下步骤：
20.步骤s1，根据监测要求设定分层沉降预设深度，并根据所述预设深度确定外套管和内沉降管的长度；
21.步骤s2，在外套管的顶部固定顶板，并在顶板上布设水准气泡；
22.步骤s3，将静力水准仪固定在内沉降管的顶部；
23.步骤s4，在预监测分层沉降位置钻孔，将外套管放置于孔内至所述预设深度位置处，并利用水准气泡调节，以使所述外套管垂直；并在外套管的外壁与钻孔的孔壁之间填充细沙；
24.步骤s5，将内沉降管插设在外套管的内部，内沉降管的底部置于所述预设深度位置处，并连接静力水准仪与静力水准仪采集箱；
25.步骤s6，安装保护罩，将静力水准仪和内沉降管置于保护罩与外套管构成的封闭空间内。
26.优选地，还包括步骤s7，在待监测断面上间隔布置多个所述土体沉降自动化监测装置；
27.步骤s8，将各个土体沉降自动化监测装置中的静力水准仪连通，并将各个静力水准仪连接在同一个静力水准仪采集箱。
28.本发明实施例一种土体沉降自动化监测装置及其安装方法与现有技术相比，其有益效果在于：
29.本发明实施例的土体沉降自动化监测装置及其安装方法，通过外套管和保护罩构成一个封闭空间，将内沉降管和静力水准仪均放置于该封闭空间内。当深部土体沉降时，外套管和保护罩受到周边土体挤压作用及摩擦作用而不会下移，而内沉降管可在该封闭空间内自由沉降。一方面，通过内沉降管刚体传递土体沉降位移，实现地下深部土体的位移变化监测，刚体埋设深度可根据监测要求进行定制，解决了传统分层沉降监测深度埋设不准的问题；另一方面，在内沉降管的顶部布设静力水准仪，分层沉降变化通过静力水准仪进行自动化监测，将深部土体沉降通过刚体传递至表层，通过静力水准仪实现表层沉降自动化监测，从而实现分层沉降数据的自动化采集，实现对土体沉降的自动化监测，无需定期进行人工操作、读数、记录测值，提高效率，省时省力，且提高数据记录的准确性，提高监测精度。
附图说明
30.图1是本发明实施例所述土体沉降自动化监测装置的结构示意图；
31.图2是本发明实施例中外套管与顶板的连接示意图；
32.图3是本发明实施例中内沉降管与静力水准仪的连接示意图；
33.图4是本发明实施例中多个土体沉降自动化监测装置的连接示意图；
34.图中，100、土体沉降自动化监测装置；1、外套管；2、内沉降管；3、静力水准仪；4、保护罩；5、顶板；6、水准气泡；7、通气管；8、通液管；9、通信电缆线；10、静力水准仪采集箱。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
36.如图1－图4所示，本发明实施例的一种土体沉降自动化监测装置，包括外套管1、内沉降管2、静力水准仪3、保护罩4、静力水准仪采集箱10，其中，外套管1的内部中空，所述外套管1竖直埋设在土体内的预设深度位置处；内沉降管2竖直插设在所述外套管1的内部，所述内沉降管2的底部置于所述预设深度位置处，且所述内沉降管2的顶部向上凸出于所述外套管1的顶部，内沉降管2和外套管1均为钢管；所述静力水准仪3设置于所述内沉降管2的顶部，可随内沉降管2同步向下移动；所述保护罩4固定连接在所述外套管1的顶部，所述保护罩4与所述外套管1构成封闭空间，所述内沉降管2、所述静力水准仪3均位于所述封闭空间内；所述静力水准仪采集箱10与所述静力水准仪3连接，以采集静力水准仪3的监测数据。
37.本发明通过外套管1和保护罩4构成一个封闭空间，将内沉降管2和静力水准仪3均放置于该封闭空间内。当深部土体沉降时，外套管1和保护罩4受到周边土体挤压作用及摩擦作用而不会下移，外套管1和保护罩4为内沉降管2提供一个封闭空间，对内沉降管2起到保护作用，且可避免内沉降管2受到周围土体的挤压作用，使得内沉降管2可在该封闭空间内随土体沉降而自由沉降。一方面，通过内沉降管2刚体传递土体沉降位移，实现地下深部土体的位移变化监测，刚体埋设深度可根据监测要求进行定制，解决了传统分层沉降监测深度埋设不准的问题；另一方面，在内沉降管2的顶部布设静力水准仪3，分层沉降变化通过静力水准仪3进行自动化监测，将深部土体沉降通过刚体传递至表层，通过静力水准仪3实现表层沉降自动化监测，从而实现分层沉降数据的自动化采集，实现对土体沉降的自动化监测，无需定期进行人工操作、读数、记录测值，提高效率，省时省力，且提高数据记录的准确性，提高监测精度。
38.本实施例中，所述外套管1的顶部设置有顶板5，所述顶板5上设置有供所述内沉降管2插入的通孔，所述保护罩4罩设在所述顶板5上。保护罩4的内部与外套管1的内部连通，保护罩4、顶板5和外套管1构成一个整体外壳，将静力水准仪3和内沉降管2均置于该外壳的内部，外套管1的顶部与内沉降管2的顶部之间的距离为最大沉降距离。本实施例中，所述内沉降管2的顶部与所述外套管1的顶部之间的距离大于50cm。进一步地，顶板5的尺寸大于外套管1的外径。进一步地，为了方便固定保护罩4，顶板5可呈方形，保护罩4呈底部开口的长方体形状，顶板5可作为保护罩4的底板。
39.进一步地，本实施例中，所述顶板5上设置有水准气泡6，通过水准气泡6判断外套管1是否垂直下放至土体内。
40.本实施例中，所述内沉降管2与所述外套管1同轴布置，以方便内沉降管2垂直下移。进一步地，所述外套管1的内径比所述内沉降管2的外径大10mm，例如，外套管1的内径可
为70mm左右，内沉降管2的外径可为60mm左右。
41.为了保证内沉降管2的自由沉降，本实施例中，所述外套管1的内壁和所述内沉降管2的外壁均涂覆有润滑油，减小内沉降管2沉降时与外套管1之间的摩擦作用力。
42.本实施例中，所述静力水准仪3与所述静力水准仪采集箱10之间连接有通气管7、通液管8和通信电缆线9。静力水准仪采集箱10内设置有储液箱，静力水准仪3通过通液管8与储液箱连接，通过通液管8可将储液箱内的液体传输至静力水准仪3，通过静力水准仪3内的液面变化反映静力水准仪3沉降位移，进而反映土体沉降位移；静力水准仪采集箱10上还设置有通气阀，静力水准仪3通过通气罐连接至通气阀，通过向静力水准仪3内通气保持静力水准仪3内的压力平衡；静力水准仪采集箱10内还设置有数据采集模块，静力水准仪3通过通信电缆线9连接至数据采集模块，通过数据采集模块采集静力水准仪3的监测数据。数据采集模块还可与外部的终端设备通信连接，以便于对监测数据进行观测或处理。
43.进一步地，通气管7、通液管8和通信电缆线9的外周侧包覆pvc套管。
44.在对工程施工中的一个断面进行整体监测时，可在待监测断面上间隔布置多个土体沉降自动化监测装置100，将各个土体沉降自动化监测装置100中的静力水准仪3连通，并将各个静力水准仪3连接在同一个静力水准仪采集箱10，具体为将各个静力水准仪3的通气管7连通、通液管8连通、通信电缆线9连通，各个静力水准仪3共用一个静力水准仪采集箱10，通过该静力水准仪采集箱10对各个静力水准仪3的监测数据进行采集，实现一个监测断面的整体自动化数据采集，简单快捷，方便高效。
45.本发明实施例的一种如上所述的土体沉降自动化监测装置的安装方法，包括以下步骤：
46.步骤s1，根据监测要求设定分层沉降预设深度，并根据所述预设深度确定外套管1和内沉降管2的长度，其中，预设深度为外套管1的底部至地面的距离，预设深度等于外套管1的长度、保护罩4的高度、保护罩4的顶部距地面的距离之和；保护罩4的顶部距地面的距离为20cm～30cm，以使得埋设的监测装置不干涉地面停车或地面施工等；为了保证一定的沉降空间，内沉降管2的长度比外套管1的长度大50cm以上；
47.步骤s2，在外套管1的顶部固定顶板5，并在顶板5上布设水准气泡6，通过水准气泡6方便判断外套管1是否垂直下放至土体内；其中，外套管1与顶板5可焊接固定，将顶板5焊接在外套管1的顶部外周边缘；
48.步骤s3，将静力水准仪3固定在内沉降管2的顶部，其中，静力水准仪3与内沉降管2可焊接固定；
49.步骤s4，在预监测分层沉降位置钻孔，孔径可设置为90mm，将外套管1放置于孔内至所述预设深度位置处，并利用水准气泡6调节，以使所述外套管1垂直；并在外套管1的外壁与钻孔的孔壁之间填充细沙；
50.步骤s5，将内沉降管2插设在外套管1的内部，内沉降管2的底部置于所述预设深度位置处，并连接静力水准仪3与静力水准仪采集箱10；
51.步骤s6，安装保护罩4，将静力水准仪3和内沉降管2置于保护罩4与外套管1构成的封闭空间内。
52.在深部土体沉降时，由于保护罩4和外套管1受到周围土体的挤压作用和摩擦作用，保护罩4和外套管1基本不会沉降；而由于内沉降管2位于保护罩4和外套管1构成的封闭
空间内，不会受到土体挤压作用，内沉降管2可在封闭空间内随深部土体沉降而自由沉降，内沉降管2沉降时，静力水准仪3同步下沉，通过静力水准仪采集箱10采集静力水准仪3的数据，获得内沉降管2的沉降位移，从而得到土体沉降位移，快捷且有效。
53.进一步地，步骤s2还包括在外套管1的内壁涂覆润滑油；步骤s3还包括在内沉降管2的外壁涂覆润滑油，减小内沉降管2与外套管1之间的摩擦，使得内沉降管2的沉降位移更加接近深部土体沉降位移。
54.本实施例中，在静力水准仪3连接通气管7、通液管8和通信电缆线9，并将通气管7、通液管8和通信电缆线9置于同一个pvc套管内。
55.本实施例中，步骤s6之后，还包括步骤s7，在待监测断面上间隔布置多个所述土体沉降自动化监测装置100；步骤s8，将各个土体沉降自动化监测装置100中的静力水准仪3连通，并将各个静力水准仪3连接在同一个静力水准仪采集箱10，实现一个监测断面的整体自动化数据采集，简单快捷，方便高效。多个土体沉降自动化监测装置构建形成监测阵列，通过监测阵列可实现一个地铁暗挖施工、地下工程施工在一个断面的整体监测。步骤s8中，将各个静力水准仪3的通液管8依次连接至相邻的静力水准仪3，连通各个静力水准仪3后，将与静力水准仪采集箱10相邻的静力水准仪3的通液管8连接至静力水准仪采集箱10；类似地，将各个静力水准仪3的通气管7依次连通后，再连接至静力水准仪采集箱10；将各个静力水准仪3的通信电缆线9依次连通后，再连接至静力水准仪采集箱10。
56.需要说明的是，本发明不仅可用于深部土体沉降的自动化监测，通过串联其他设备，如地表沉降监测设备、测斜孔、水位孔等，可实现多种监测设备的表层沉降的自动化监测。
57.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。