本實用新型涉及拱頂沉降監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種免鉆孔安裝用于監(jiān)測隧道拱頂沉降的傘型軌道裝置。

背景技術(shù)：

從隧道短期運營來看，由于微幅振動幅值較小，短期內(nèi)不會影響結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全，因此該問題長期未受到關(guān)注，地鐵設(shè)計中也未有效考慮由于長期微振所帶來的危害。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的突飛猛進和城市化程度的不斷提高，地下空間的開發(fā)和利用已大力開展，地鐵運行所帶來的危害日益凸顯，尤為突出的是地鐵運行所引起的土層沉降問題。土體下沉影響隧道的運營安全和地面建筑物的安全，會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響，然而現(xiàn)有技術(shù)并沒有相關(guān)的研究關(guān)于用于監(jiān)測隧道拱頂沉降的設(shè)備，尤其是能夠與地鐵的特殊結(jié)構(gòu)相匹配的測試軌道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述背景技術(shù)存在的不足和缺陷，本實用新型提供一種免鉆孔安裝用于監(jiān)測隧道拱頂沉降的傘型軌道裝置。更具體的涉及機械制造技術(shù)、單片機控制技術(shù)、機械驅(qū)動技術(shù)、激光測位技術(shù)、無線傳輸技術(shù)，同時還涉及一種與之配套相適宜的監(jiān)控量測方法，特別適用于對地隧道長期運營的微幅振動導(dǎo)致的隧道拱頂沉降，適合于對監(jiān)控量測精度、自動化程度要求高的工程：城市地鐵隧道長期運營中拱頂沉降監(jiān)控量測。

本實用新型目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種免鉆孔安裝用于監(jiān)測隧道拱頂沉降的傘型軌道裝置，包括：用于安裝測量裝置的軌道裝置；

所述軌道裝置包括：傘型軌道和傘型掛鉤；傘型軌道內(nèi)部為中空的連接空隙，連接空隙內(nèi)設(shè)置有齒輪軌道；傘型軌道上設(shè)置有用于與隧道拱頂連接的快速固定裝置；所述傘型掛鉤嵌于傘型軌道內(nèi)部的連接空隙中，傘型掛鉤上設(shè)置有轉(zhuǎn)動齒輪且內(nèi)置傳動裝置；傘型掛鉤通過轉(zhuǎn)動齒輪與傘型軌道內(nèi)的齒輪軌道相嚙合；

所述的快速固定裝置包括用于與隧道拱頂相粘合的貼壁鐵板和用于吸附隧道拱頂?shù)南鹉z吸盤；橡膠吸盤設(shè)置在貼壁鐵板外周。

貼壁鐵板通過環(huán)氧樹脂與隧道拱頂相粘合。

所述傘型軌道由多個具有支路的軌道單元拼接組成，軌道單元包括：固定軌道、標準軌道和分叉軌道，其中，兩個分叉軌道相對設(shè)置形成具有支路的軌道，具有支路的軌道依次連接標準軌道和固定軌道形成一個軌道單元；各類軌道之間通過軌道連接套筒連接。

所述的傘型軌道與傘型掛鉤之間填充潤滑劑。

所述的測量裝置通過連接桿設(shè)置在傘型掛鉤下端，連接桿上部的螺紋狀與傘型掛鉤下部的螺紋狀通過對接卡口相連。

所述的傘型軌道內(nèi)部為傘型的連接空隙，外部結(jié)構(gòu)為流線型，所述的傘型掛鉤的形狀與傘型軌道內(nèi)部連接空隙形狀相匹配。

所述的測量裝置安裝在傘型掛鉤下端，測量裝置為包括激光測量盒和PSD讀數(shù)盒。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下優(yōu)點：

本實用新型的傘型軌道裝置包括特殊的傘型軌道和傘型掛鉤的設(shè)計，傘型軌道由多個具有支路的軌道單元拼接組成，保證了測試行走依靠其內(nèi)部的齒輪卡著軌道上的輪印行走，行走穩(wěn)定性好，定位的穩(wěn)定性高，將測量系統(tǒng)安裝在軌道裝置底部進行水準測量，實現(xiàn)了隧道長期運營微幅振動影響下的拱頂長期沉降的監(jiān)測，一次安裝后長期穩(wěn)定使用，大大節(jié)約了人力操作的費用和人為可能導(dǎo)致的誤差。采用本實用新型能夠大大提高監(jiān)測的自動化水平，大大降低人力成本，節(jié)約資金。

進一步，傘型軌道外部設(shè)計成流線型，能夠最大限度的降低隧道洞內(nèi)風對其影響，其上部的貼壁鐵板方便軌道安裝和拆卸，橡膠吸盤保護了貼壁鐵板與襯砌之間環(huán)氧樹脂混合液凝固直接暴露在空氣下，大大提升了軌道的使用壽命。軌道內(nèi)部的傘型設(shè)計充分考慮到了軌道長期使用導(dǎo)致的灰塵卡死軌道和潮濕空氣對軌道的腐蝕氧化作用，把軌道保護在其內(nèi)側(cè)，最小程度的間隙其與空氣的接觸。

針對傘型軌道特別設(shè)計了固定軌道、標準軌道、分叉軌道等不同的軌道形式，且不同的形式軌道可通過軌道連接套筒相互連接，利于在監(jiān)測節(jié)點處將1、2裝置二者分離開行動，相互不影響。

進一步，傘型掛鉤的設(shè)計充分考慮了其與傘型軌道的拼裝組合，受力性能良好，行走依靠其內(nèi)部的四個小齒輪卡著軌道上了輪印行走，行走穩(wěn)定性好，定位的穩(wěn)定性高。且其與軌道間的空隙填滿潤滑油，利于軌道長期穩(wěn)定使用。掛鉤下端設(shè)置螺紋可以通過對接卡口與連接桿連接，便于連接桿下的盒子安裝和檢修。

【附圖說明】

圖1是有軌自動監(jiān)測裝置；

圖2是激光發(fā)射盒示意圖；

圖3是PSD測量盒示意圖；

圖4a是固定軌道的側(cè)視圖；圖4b是固定軌道的正視圖；圖4c是固定軌道的俯視圖；

圖5a是傘型軌道的標準軌道圖；圖5b是傘型軌道的分叉軌道圖；圖5c是傘型軌道的連接套筒圖；

圖6是傘型軌道連接圖；

圖7是隧道拱頂軌道安裝示圖；

圖8是測量原理示意圖；

圖9是監(jiān)測系統(tǒng)原理圖；

圖中：1.激光測量盒、2.PSD讀數(shù)盒、3.連接桿、4.對接卡口、5.傘型軌道、6.傘型掛鉤、7.連接空隙、8.轉(zhuǎn)動齒輪、9.齒輪軌道、10.齒輪軸、11.貼壁鐵板、12.橡膠吸盤、13.第一對開閘門、14.第一控制盒、15.第一轉(zhuǎn)盤、16.激光發(fā)射器、17.第一伺服馬達、18.第一控制電路、13’.第二對開閘門、14’.第二控制盒、15’.第二轉(zhuǎn)盤、17’.第二伺服馬達、18’.第二控制電路、19.PSD感光板、20.軌道連接套筒、21.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、22.數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)、23.警報系統(tǒng)、24.中控平臺、25.固定軌道、26.標準軌道、27.分岔軌道。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的具體實施方式進行詳細闡述，但本實用新型不限于該實施例。為了使公眾對本實用新型有徹底的了解，在以下本實用新型優(yōu)選施例中詳細說明具體的細節(jié)。

如圖1所示，本實用新型一種免鉆孔安裝用于監(jiān)測隧道拱頂沉降的傘型軌道裝置，包括：測量裝置和軌道裝置。軌道裝置包括：傘型軌道5和傘型掛鉤6；測量裝置包括：激光測量盒1、PSD讀數(shù)盒2，當然也可以選擇其他的能夠水準測量的測量裝置。

如圖4a～4c所示，傘型軌道5上設(shè)有齒輪軌道9和連接空隙7，特別地，固定軌道25、分叉軌道27上特定部位含有表面粗糙的貼壁鐵板11和橡膠吸盤12。固定軌道25、分叉軌道27上部貼壁鐵板11與隧道拱頂相粘合，使軌道安裝在隧道拱頂，此外，橡膠吸盤12壓縮后起到吸附隧道拱頂作用。傘型軌道5內(nèi)部為雨傘型，力學(xué)性能良好，穩(wěn)定性強，同時防止灰塵進入導(dǎo)致的軌道卡死失靈等故障。其上部突出的部分為貼壁鐵板11，其曲率與隧道拱頂處相同，便于與隧道貼合。與隧道粘合采用環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂固化劑(環(huán)氧樹脂與隧道襯砌直接接觸，故采用如多胺、雙氰雙胺等堿性固化劑)混合的辦法，保護襯砌混凝土、保證粘合速度、便于安裝固定，同時保證粘合的質(zhì)量和耐久性。其上部的橡膠吸盤12用于軌道安裝過程中貼壁鐵板11涂抹混合劑后吸附隧道襯砌，利于軌道安裝，且保證混合劑粘合和使用過程中灰塵進入對粘合劑效果的影響，增強使用壽命。在拆卸裝置過程中可以首先讓橡膠吸盤12內(nèi)進入空氣，然后橡膠吸盤12注入環(huán)氧樹脂溶劑，便于盛放溶劑與凝固后的環(huán)氧樹脂反應(yīng)，避免送機灑落對人損害和和隧道內(nèi)環(huán)境破壞，該設(shè)計利于裝置拆卸維修。其下部設(shè)有齒輪軌道9，便于傘型軌道5運動。

如圖5a～5c所示，傘型軌道5內(nèi)部中空如傘，外部設(shè)計成流線型，由熱膨脹系數(shù)小的材料制作而成。所述傘型軌道5由多個具有支路的軌道單元拼接組成，傘型軌道5內(nèi)部為中空的連接空隙7，連接空隙7內(nèi)設(shè)置有齒輪軌道9；軌道單元包括：固定軌道25、標準軌道26和分叉軌道27，其中，兩個分叉軌道27相對設(shè)置形成具有支路的軌道，具有支路的軌道依次連接標準軌道26和固定軌道25形成一個軌道單元；各類軌道之間通過軌道連接套筒20連接。

如圖4a～4c所示，傘型掛鉤6嵌于傘型軌道5內(nèi)部，形態(tài)與后者內(nèi)部空隙形狀相似，傘型掛鉤6包括：轉(zhuǎn)動齒輪8、齒輪軸10且內(nèi)置傳動裝置，其下部呈螺紋狀。如圖1所示，傘型掛鉤6通過轉(zhuǎn)動齒輪8與傘型軌道5的齒輪軌道9相連。傘型軌道5與傘型掛鉤6之間采用潤滑劑填充。傘型掛鉤6包括：轉(zhuǎn)動齒輪8、齒輪軸10且內(nèi)置傳動裝置，其下部呈螺紋狀，便于與下部的連接桿3通過對接卡口4連接，傘型掛鉤設(shè)置成傘型增強了受力穩(wěn)定性，其形態(tài)與傘型軌道5內(nèi)部空隙形狀相似，且嵌于其內(nèi)部，增強了與傘型軌道5的貼合性。傘型掛鉤6通過轉(zhuǎn)動齒輪8與傘型軌道5的齒輪軌道9相連，傘型掛鉤6下設(shè)有4個轉(zhuǎn)動齒輪8(前后各兩個)，增強傘型掛鉤6運動穩(wěn)定性。

傘型軌道5包括：固定軌道25、標準軌道26、分叉軌道27。如圖6所示，各類軌道之間通過軌道連接套筒20連接。

如圖1和圖3所示，連接桿3上部的螺紋狀與傘型掛鉤6下部的螺紋狀通過對接卡口4相連。連接桿3下端與激光測量盒1或PSD讀數(shù)盒2相連。方便其下部的激光測量盒1或PSD讀數(shù)盒2安裝與拆卸檢修。其中，激光測量盒1包括：兩對對開閘門13、控制盒14轉(zhuǎn)盤15、激光器16。所述對開閘門13安設(shè)在控制盒的兩側(cè)盒面上，所述控制盒14包括伺服馬達17、控制電路18，控制電路18集成無線傳輸模塊，可與上位機數(shù)據(jù)傳輸。伺服馬達17通過自帶轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤15相連，轉(zhuǎn)盤15上放置激光發(fā)生器16。

激光測量盒1兩對對開閘門13可以接收控制盒14的指令，在監(jiān)測工作進行的時候保持打開狀態(tài)，便于工作且減少不必要光線攝入影響PSD感光板19工作，在監(jiān)測工作結(jié)束的時候保持閉合狀態(tài)，加強對激光測量盒1的防塵土、隔濕保護?？刂坪?4內(nèi)把伺服馬達17與控制電路18集成，控制電路18接收中控平臺24的指令并通過內(nèi)置單片機執(zhí)行傘型掛鉤6即激光測量盒1的運動，并在到指定的位置后精確停下來，并能夠保證每次停留下來的位置與前次相同。所述伺服馬達17受控制電路18控制轉(zhuǎn)盤15轉(zhuǎn)動，從而帶動激光器16轉(zhuǎn)動到指定的方向，所述伺服馬達17可把電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制，轉(zhuǎn)動精度高轉(zhuǎn)動速度快，并且控制電路18可以記錄并存儲轉(zhuǎn)動角度，以便后續(xù)操作，控制電路18集成無線傳輸模塊便于數(shù)據(jù)交流。

PSD讀數(shù)盒2與所述激光測量盒1大體相似，不同的是在所述PSD讀數(shù)盒2的轉(zhuǎn)盤15上放置PSD感光板19，同時其控制電路18’還特別地內(nèi)置了信號解碼模塊。具體地，PSD讀數(shù)盒2內(nèi)部包括：第二控制盒14’、第二轉(zhuǎn)盤15’和兩對對開第二閘門13’；第二閘門13’設(shè)置在第二控制盒14’的兩側(cè)盒面上，第二控制盒14’包括第二伺服馬達17’及第二控制電路18’，第二伺服馬達17’通過自帶轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤15’相連，第二轉(zhuǎn)盤15’上放置PSD感光板19，第二控制電路18’集成無線傳輸模塊并內(nèi)置信號解碼模塊。PSD感光板19可根據(jù)實際的要求選擇一維的PSD-2534、PSD-0375等或者二維的PSD-2121、PSD-2727、PSD-6060等型號，并在控制電路18中配備相對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集卡，以便對環(huán)境中的光源進行處理，并識別電信號的數(shù)據(jù)。激光測量盒1發(fā)射的激光照準在PSD讀數(shù)盒2中PSD感光板19上，可以立即反饋出此時光斑的X、Y坐標，并傳輸至數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)22，多次測量對比做差可以得到隧道長期運營過程中的拱頂沉降情況。

本實用新型進行檢測可以采用人工測量也可以進行自動化控制進行測量，其中，自動化控制的測量系統(tǒng)如圖9所示，包括：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21、數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)22、警報系統(tǒng)23和中控平臺24。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21可以接收中控平臺24的指令并將其無線傳輸至激光測量盒1和PSD讀數(shù)盒2中的控制電路18中去，同時接收激光測量盒1和PSD讀數(shù)盒2中的反饋數(shù)據(jù)，并傳輸至數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)22，數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)22負責對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)的情況可以自動生成各項數(shù)據(jù)的歷史變化量、日變化量、周變化量、月變化量、季變化量數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的閥值相比。各數(shù)據(jù)以表格和折線圖的形式顯示出來，也可以根據(jù)用戶要求輸出相應(yīng)內(nèi)容，通過軟件預(yù)設(shè)可以將指定數(shù)據(jù)發(fā)送給工作人員。系統(tǒng)可以把數(shù)據(jù)以*.Txt和*.xls等格式導(dǎo)出，工作人員也可以導(dǎo)出制定的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)也可以將做好的*.Txt和*.xls格式文件導(dǎo)入，并進行分析處理。分析處理的結(jié)果通過警報系統(tǒng)23，根據(jù)返回的數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)生危險并發(fā)出警報，并根據(jù)危險程度將警報分級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級。警報內(nèi)容包括：警報等級、危險斷面位置、部分實測數(shù)據(jù)、初步的預(yù)判警報原因和處理意見。警報分為語音和文字倆種方式：語音警報將響鈴以提示危險發(fā)生；文字報警以郵件、手機短信等形勢向監(jiān)測部門和各個相關(guān)部門的電腦、手機終端顯示。隧道運營正常無警報發(fā)出時，監(jiān)測部門和各管理部門可以通過電腦、手機終端登陸該系統(tǒng)查看實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，包括拱頂沉降曲線、沉降最大值、襯砌安全系數(shù)和歷史警報等信息。

一種免鉆孔安裝的隧道拱頂傘型軌道裝置的安裝方法，包括以下步驟：

1)確定安裝固定軌道25和分叉軌道27的位置并做隧道拱頂清灰處理。為保證軌道受力性能良好，原則上1-2m可以安裝一個固定軌道25或分叉軌道27，以使軌道固定。

2)在固定軌道25和分叉軌道27的貼壁鐵板11上涂抹環(huán)氧樹脂和固化劑，采用多胺、雙氰雙胺等堿性固化劑。

3)涂抹環(huán)氧樹脂和固化劑的11固定軌道和13分叉軌道分別粘在確定的位置，同時向上頂壓橡膠吸盤，讓吸盤吸附隧道襯砌。

4)固定軌道25和分叉軌道27端頭安裝軌道套筒20。

5)將預(yù)制好對應(yīng)長度的標準軌道26安裝在兩個固定點的軌道套筒20上，安裝完畢。

參見圖8，一種基于PSD的隧道運營期有軌自動監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1)中控平臺24發(fā)出監(jiān)測指令傳輸至數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21，并由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將控制信號分別傳輸至激光測量盒1中的控制電路18以控制激光測量盒1到位置P1以及PSD讀數(shù)盒2中的控制電路18’PSD讀數(shù)盒2到位置P2，并控制伺服馬達17轉(zhuǎn)動，直至激光測量盒1中的激光發(fā)生器16的激光對準PSD讀數(shù)盒2中PSD感光板19，并由控制電路18’中信號解碼模塊讀取對應(yīng)的X、Y坐標，并返回到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21中去，此結(jié)束一次測量。

2)中控平臺24發(fā)出監(jiān)測指令傳輸至數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21，并由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分別控制激光測量盒1由位置P1經(jīng)過支路L2到位置P3和PSD讀數(shù)盒2中的控制電路18’控制伺服馬達17’轉(zhuǎn)動PSD感光板19角度，直至處于位置P3處的激光測量盒1中的激光發(fā)生器16的激光對準位置P2處PSD讀數(shù)盒2中PSD感光板19，并讀取對應(yīng)的X、Y坐標，并返回到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21中去，此結(jié)束第二次測量。

3)中控平臺24發(fā)出監(jiān)測指令傳輸至數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21，并由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)分別控制PSD讀數(shù)盒2由位置P2經(jīng)過支路L3到位置P4和激光測量盒1中的控制電路18控制伺服馬達17轉(zhuǎn)動激光發(fā)生器16的激光角度，直至處于位置P4處的激光測量盒1中的激光發(fā)生器16的激光對準位置P3處PSD讀數(shù)盒2中PSD感光板19，并讀取對應(yīng)的X、Y坐標，并返回到數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)21中去，此結(jié)束第三次測量。

4)重復(fù)上述交替測量過程，每次測量的結(jié)果與上次測量的結(jié)果的Y坐標進行對比做差，可以得到各測點的豎直沉降，X坐標可以輔助判定1、2中的伺服馬達17需要微調(diào)的角度。

本實用新型能解決監(jiān)控量測技術(shù)人員過多而造成的較高的人力成本問題；能解決受自動化水平低而導(dǎo)致的監(jiān)控量測頻率低的問題；能解決監(jiān)控量測精準度不理想導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)不理想的問題；可以真實精準的反映隧道長期在微幅振動下的拱頂長期沉降問題。采用本實用新型能夠大大提高監(jiān)測的自動化水平，提高監(jiān)控量測頻率及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)隧道運營情況，大大降低人力成本，節(jié)約資金。

以上，僅為本實用新型的較佳實施例，并非僅限于本實用新型的實施范圍，凡依本實用新型專利范圍的內(nèi)容所做的等效變化和修飾，都應(yīng)為本實用新型的技術(shù)范疇。