杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及系统，其中测量装置包括多个依次连接的连杆、多个用于连接相邻两根连杆的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆上设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，无线收发模块与倾角传感器连接；各倾角传感器测量对应连杆的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。与现有技术相比，本发明专利技术通过测量连杆的倾角来得到相邻管片之间的纵向相对位置，体积小，安装方便，利用无线数据收发，实现对隧道纵向沉降的长期自动全天候无线监测，理论清晰，结构简单明了，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种隧道纵向沉降监测技术，尤其是涉及一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及系统。
技术介绍
我国城市轨道交通建设发展迅速但历史短，结构健康服役问题的严重性还没有得到共识。作为重大地下工程的城市轨道交通地下结构，所处地层条件复杂、周边环境多变、列车运行密度极高，结构自身在多种因素长期综合作用下性能不断下降，而且地下结构一旦损坏不易或不可更换，并将会诱发地下工程灾害，因而对城市轨道交通地下结构健康服役提出了极高的要求。目前运营中的城市轨道交通地下结构健康服役问题已开始显露，其中隧道纵向沉降问题成为影响城市轨道交通地下结构健康服役的核心问题之一。鉴于城市中的隧道穿越地层复杂，且受多种地层、施工因素以及地表和周围环境的影响，以及轨道交通健康服役的重要性和隧道纵向沉降的危害很大，为提高对纵向沉降的认知水平，为对隧道结构健康状态进行感知和控制提供数据来源，为隧道结构健康状态进行评价和及时维护提供实测依据，避免或预防隧道重大事件、事故、灾难，保护人民生命财产安全，维护社会安定，准确感知地铁隧道纵向沉降的必要性和重要性毋庸置疑。此外，随着技术的发展和对监测要求的提高，监测技术必定朝着小型化、自动化、节能化、信息化的趋势发展。近几年，无线传感器网络技术(WSN)和MEMS传感器的快速发展，这一些新兴技术凭借着其自身独特的优势迅速影响并应用于地下建筑监测领域，必将使地下工程监测迎来重大革新。现有的隧道纵向沉降监测方法有静力水准仪、人工水准测量、电子水平尺等。静力水准测量其仪器体积较大，不便安装，不适用于高差变化较大区段，并且会受到温度、气压、重力异常等因素的影响。人工水准测量需要工作人员持仪器进入隧道，因此无法实现运营期隧道的全天候监测，只能用于非运营状态的隧道，并且人工水准测量费时费工，效率低下。电子水平尺一次性投入高，重复利用率低，整体性差。近年来，人们研究出了激光扫描法、光纤光栅等隧道纵向沉降的监测方法，但它们也存在一些难以克服的缺点。激光扫描等方法大多仪器设备成本较高，若要全面检测则需要依靠车辆移动，沿隧道全长检测一次周期较长、效率较低。而分布式光纤及光纤光栅通过光学原理来工作，需要另外配备大型的解调设备，增加额外的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种杆式隧道纵向沉降测量杆、设备及系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:—种杆式隧道纵向沉降测量杆，包括:连杆，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片上；倾角传感器，设于连杆上，用于测量连杆倾角；无线收发模块，设于连杆上并与倾角传感器连接，用于对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或相邻两块隧道管片相对沉降高度:Δ h = L.sin0其中:Δh为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，Θ为连杆倾角。所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且连杆的两端分别固定于相邻的两块隧道管片的中点上。—种杆式隧道纵向沉降测量装置，包括多个依次连接的连杆、多个用于连接相邻两根连杆的弹性连接体，以及至少一个无线收发模块，其中，至少一根连杆上设有倾角传感器，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片上，所述无线收发模块与倾角传感器连接；各倾角传感器测量对应连杆的倾角，并由无线收发模块对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。所述第一沉降数据为倾角传感器测得的连杆倾角，或相邻两块隧道管片相对沉降高度: Δ h = L.sin0其中:Ah为相邻两块隧道管片相对沉降高度，L为连杆长度，Θ为连杆倾角。所述弹性连接体包括橡胶连接接头和固定架，所述橡胶连接接头固定于固定架上，且两端分别与相邻两根连杆连接，所述固定架刚性固定于隧道管片上。所述连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上。所有连杆上均设有倾角传感器，且倾角传感器与无线收发模块集成。—种含有上述任意一种杆式隧道纵向沉降测量装置的测量系统，包括测量装置和接收站，所述接收站与测量装置中的各无线收发模块连接，接收由无线收发模块发送的第一沉降数据，从第一沉降数据中解析出各隧道管片间的相对沉降高度，并生成隧道纵向沉降曲线。所述接收站包括预警模块，该预警模块根据隧道纵向沉降曲线得到各隧道管片的纵向沉降值，并在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:I)通过测量连杆的倾角来得到相邻管片之间的纵向相对位置，体积小，安装方便，利用无线数据收发，实现对隧道纵向沉降的长期自动全天候不间断无线监测，理论清晰，结构简单明了，成本低廉。2)固定架刚性固定于隧道管片上，可以防止连杆的端头发生位置偏离而造成的测量失真。3)连杆的长度与隧道管片的宽度一致，且各弹性连接体分别固定于各隧道管片的中点上，可以提尚测量精度。4)接收站生成隧道纵向沉降曲线，可以更加直观地得知隧道纵向沉降存在问题。5)预警模块在隧道管片纵向沉降值超过设定值时进行预警，便于及时抢修。【附图说明】图1为本专利技术连杆的结构示意图；图2为沉降高度和连杆倾角之间的计算理论示意图；图3为橡胶连接接头的结构示意图；图4为连杆安装平台的结构示意图；图5为连杆及橡胶连接接头的结构示意图；其中:1、橡胶连接接头，2、连杆安装平台，3、连杆。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。—种杆式隧道纵向沉降测量杆，包括:连杆3，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片的中点上，连杆3能上下左右自由转动，但绕着连杆3轴向方向的扭转变形较小；倾角传感器，设于连杆3上，用于测量连杆3倾角；无线收发模块当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种杆式隧道纵向沉降测量杆，其特征在于，包括：连杆，其两端分别固定于相邻的两块隧道管片上；倾角传感器，设于连杆上，用于测量连杆倾角；无线收发模块，设于连杆上并与倾角传感器连接，用于对外发送用于表征相邻两块隧道管片相对沉降状态的第一沉降数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宏伟，殷建国，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31