CN108981655A - 隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法。其中，隧道顶板沉降监测机构包括安装组件和光纤光栅液位计，光纤光栅液位计与解调仪连接，安装组件包括：管体，光纤光栅液位计设置在管体内；多个固定件，管体通过固定件与隧道的顶板连接；泵体，泵体与管体的一端连接以向管体中通入液体。本发明解决了现有技术中隧道顶板的实时监测不方便的问题。

Description

隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法

技术领域

本发明涉及工程建筑技术领域，具体而言，涉及一种隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法。

背景技术

目前隧道施工中，普遍存在隧道顶板下沉的问题，隧道中拱顶的下沉可能引发隧道及周边建筑设施的重大安全风险或事故，但目前隧道安全检测技术手段、标准建设等方面仍处于探索阶段，使用的监测方法操作复杂、效率不高，且往往不能进行实时有效的监测，将现场状况实时的反馈出来。同时，监测精度与工作人员的操作有关，导致其测量误差较大，这导致了由于隧道掌子面顶板脱落引起的工程事故频繁发生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法，以解决现有技术中隧道顶板的实时监测不方便的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种隧道顶板沉降监测机构，包括安装组件和光纤光栅液位计，光纤光栅液位计与解调仪连接，安装组件包括：管体，光纤光栅液位计设置在管体内；多个固定件，管体通过固定件与隧道的顶板连接；泵体，泵体与管体的一端连接以向管体中通入液体。

进一步地，光纤光栅液位计为多个，多个光纤光栅液位计沿管体的延伸方向间隔设置在管体内，顶板具有多段，各段顶板对应的管体的管段内均对应有至少一个光纤光栅液位计。

进一步地，多个光纤光栅液位计之间通过光缆连接后与一个解调仪连接。

进一步地，管体为波纹管。

进一步地，波纹管沿隧道的延伸方向设置且波纹管远离泵体的一端设置有向上延伸的伸出段，且伸出段的端部具有开口结构，开口结构的端部相比于波纹管靠近顶板。

进一步地，安装组件还包括水箱，水箱与泵体连接并设置在隧道的底部的内壁上。

根据本发明的另一方面，提供了一种隧道顶板沉降监测方法，采用上述的隧道顶板沉降监测机构，隧道顶板沉降监测方法包括：隧道顶板沉降监测机构安装在隧道的顶板上；隧道顶板沉降监测机构的光纤光栅液位计用于监测隧道的顶板的沉降值；将顶板的沉降值h与预设标准沉降值进行比较，以确定隧道是否会发生压塌。

进一步地，将隧道顶板沉降监测机构固定到隧道的顶板上后，隧道顶板沉降监测机构的泵体将恒稳压力的液体注入隧道顶板沉降监测机构的管体内，以使管体内充满液体且无气泡。

进一步地，当隧道的顶板沉降时，发生沉降的顶板处的沉降值h与对应的光纤光栅液位计检测到的波长λ的关系为：

其中，K_p为光纤光栅液位计的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为光纤光栅液位计的初始波长，T₀为λ₀检测时的温度值，T为λ检测时的温度值，ρ为管体内的液体的密度，g为重力加速度。

进一步地，当顶板的沉降值h大于预设标准沉降值时，隧道存在风险；或当顶板的沉降值h小于或等于预设标准沉降值时，隧道安全。

应用本发明的技术方案，通过将光纤光栅液位计设置在充满液体的管道内，管道固定在隧道顶板上，使得当隧道的顶板沉降时，管体也发生沉降，进而根据光纤光栅液位计的液体压力的变化计算得到相应的沉降值，该隧道顶板沉降监测机构能够对隧道的顶板的沉降状态进行实时监测，同时采用解调仪使得整个过程不需要大量人工参与，方便准确。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的隧道顶板沉降监测机构的结构示意图；

图2示出了图1中的隧道顶板沉降监测机构的侧视图；以及

图3示出了图1中的隧道顶板沉降监测机构的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、光纤光栅液位计；20、管体；21、伸出段；30、固定件；40、泵体；50、光缆；60、水箱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中隧道顶板的实时监测不方便的问题，本发明提供了一种隧道顶板沉降监测机构及隧道顶板沉降监测方法。

如图1所示的一种隧道顶板沉降监测机构，包括安装组件和光纤光栅液位计10，光纤光栅液位计10与解调仪连接，安装组件包括：管体20、多个固定件30和泵体40，光纤光栅液位计10设置在管体20内；管体20通过固定件30与隧道的顶板连接；泵体40与管体20的一端连接以向管体20中通入液体。

具体地，通过将光纤光栅液位计10设置在充满液体的管道内，管道固定在隧道顶板上，使得当隧道的顶板沉降时，管体20也发生沉降，进而根据光纤光栅液位计10的液体压力的变化计算得到相应的沉降值，该隧道顶板沉降监测机构能够对隧道的顶板的沉降状态进行实时监测，同时采用解调仪使得整个过程不需要大量人工参与，方便准确。

可选地，如图2所示，光纤光栅液位计10为多个，多个光纤光栅液位计10沿管体20的延伸方向间隔设置在管体20内，顶板具有多段，各段顶板对应的管体20的管段内均对应有至少一个光纤光栅液位计10。

具体地，管体20沿隧道的延伸方向设置，光纤光栅液位计10也沿着管体20的延伸方向设置，并且由于隧道的顶板分为多段并且每一段顶板都可能发生沉降，因而，在每个顶板的对应的管体20上均设置有一个光纤光栅液位计10，并且光纤光栅液位计10在顶板上投影位于顶板的中间，使得光纤光栅液位计10能够精确测量到每一段顶板的沉降值，保证监测的准确性。

需要说明的时，多个光纤光栅液位计10均通过光缆50与一个解调仪连接，然后将解调仪与计算机连接以处理光纤光栅液位计10测量的各种数据。

在本实施例中，管体20为波纹管，波纹管的抗压性能较好，能够承受一定的水压力，同时波纹管本身能够发生一定的形变，使得当隧道的顶板的一段发生沉降时，管体20的相应管段能够跟随发生一定的形变，而其他管段及其他的光纤光栅液位计10不受到影响，避免了多段管体20同时发生沉降而导致监测不准确的问题。

可选地，管体20为圆管。上述结构的结构简单，容易施工。

需要说明的是，管体20的结构不限于此。可选地，管体20可以为其他形状，如椭圆管、矩形管等。

可选地，波纹管沿隧道的延伸方向设置且波纹管远离泵体40的一端设置有向上延伸的伸出段21，且伸出段21的端部具有开口结构，开口结构的端部相比于波纹管靠近顶板。伸出段21可以方便泵体40向管体20内供液时确定供液量，保证供液充分，避免供液不足的情况，同时，保证管体20内的压力稳定，进一步提高监测的准确性。

在本实施例中，如图3所示，安装组件还包括水箱60，水箱60与泵体40连接并设置在隧道的底部的内壁上。水箱60带有基座，可通过螺栓固定于地面，泵体40将水箱60中的水输送到管体20中，同时设置在隧道的底部的内壁能够减小水箱60和泵体40对隧道的影响，减小其对隧道空间的占用。

在本实施例中，固定件30为挂钩，挂钩一端的钩部钩住管体20，另一端固定在顶板上，实现管体20与顶板的连接。上述结构的结构简单，容易装配和加工。

本发明还提供了一种隧道顶板沉降监测方法，采用了上述的隧道顶板沉降监测机构，隧道顶板沉降监测方法包括：隧道顶板沉降监测机构安装在隧道的顶板上；隧道顶板沉降监测机构的光纤光栅液位计10用于监测隧道的顶板的沉降值；将顶板的沉降值h与预设标准沉降值进行比较，以确定隧道是否会发生压塌。

具体地，先将隧道顶板沉降监测机构固定在隧道的顶板上，然后通过泵体40向管体20内以恒稳压力供液，待伸出段21的液面高于管体的液面时，停止供液，使得管体20中充满液体并且没有气泡。伸出段21向上延伸一定的高度，以满足测量的需要。

需要说明的是，本实施例中的顶板处的沉降值h与对应的光纤光栅液位计10检测到的波长λ的关系为：

其中，K_p为光纤光栅液位计10的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为光纤光栅液位计10的初始波长，单位为米，T₀为λ₀检测时的温度值，单位为开尔文K，T为λ检测时的温度值，单位为开尔文K，ρ为管体20内的液体的密度，单位为kg/m³，g为重力加速度，单位为m/s²。通过上述计算方式，将光纤光栅液位计10监测到的压强值转换为相应的顶板的沉降值。

然后，将计算得到的顶板的沉降值与预设标准沉降值进行对比，当顶板的沉降值h大于预设标准沉降值时，隧道存在风险；当顶板的沉降值h小于或等于预设标准沉降值时，隧道安全。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、解决了现有技术中隧道顶板的实时监测不方便的问题；

2、光纤光栅液位计感应灵敏，可以保证监测过程中的测量精度；

3、结构简单，安装操作方便。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，包括安装组件和光纤光栅液位计(10)，所述光纤光栅液位计(10)与解调仪连接，所述安装组件包括：

管体(20)，所述光纤光栅液位计(10)设置在所述管体(20)内；

多个固定件(30)，所述管体(20)通过所述固定件(30)与隧道的顶板连接；

泵体(40)，所述泵体(40)与所述管体(20)的一端连接以向所述管体(20)中通入液体。

2.根据权利要求1所述的隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，所述光纤光栅液位计(10)为多个，多个所述光纤光栅液位计(10)沿所述管体(20)的延伸方向间隔设置在所述管体(20)内，所述顶板具有多段，各段所述顶板对应的管体(20)的管段内均对应有至少一个所述光纤光栅液位计(10)。

3.根据权利要求2所述的隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，多个所述光纤光栅液位计(10)之间通过光缆(50)连接后与一个所述解调仪连接。

4.根据权利要求1所述的隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，所述管体(20)为波纹管。

5.根据权利要求4所述的隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，所述波纹管沿所述隧道的延伸方向设置且所述波纹管远离所述泵体(40)的一端设置有向上延伸的伸出段(21)，且所述伸出段(21)的端部具有开口结构，所述开口结构的端部相比于所述波纹管靠近所述顶板。

6.根据权利要求1所述的隧道顶板沉降监测机构，其特征在于，所述安装组件还包括水箱(60)，所述水箱(60)与所述泵体(40)连接并设置在所述隧道的底部的内壁上。

7.一种隧道顶板沉降监测方法，其特征在于，采用权利要求1至6中任一项所述的隧道顶板沉降监测机构，所述隧道顶板沉降监测方法包括：

所述隧道顶板沉降监测机构安装在隧道的顶板上；

所述隧道顶板沉降监测机构的光纤光栅液位计(10)用于监测所述隧道的顶板的沉降值；

将所述顶板的沉降值h与预设标准沉降值进行比较，以确定所述隧道是否会发生压塌。

8.根据权利要求7所述的隧道顶板沉降监测方法，其特征在于，将所述隧道顶板沉降监测机构固定到隧道的顶板上后，所述隧道顶板沉降监测机构的泵体(40)将恒稳压力的液体注入所述隧道顶板沉降监测机构的管体(20)内，以使所述管体(20)内充满液体且无气泡。

9.根据权利要求8所述的隧道顶板沉降监测方法，其特征在于，当所述隧道的顶板沉降时，发生沉降的所述顶板处的沉降值h与对应的所述光纤光栅液位计(10)检测到的波长λ的关系为：

其中，K_p为所述光纤光栅液位计(10)的液位与波长的比值，K_t为波长偏移量与温度的比值，λ₀为所述光纤光栅液位计(10)的初始波长，T₀为λ₀检测时的温度值，T为λ检测时的温度值，ρ为所述管体(20)内的液体的密度，g为重力加速度。

10.根据权利要求9所述的隧道顶板沉降监测方法，其特征在于，

当所述顶板的沉降值h大于所述预设标准沉降值时，所述隧道存在风险；或

当所述顶板的沉降值h小于或等于所述预设标准沉降值时，所述隧道安全。