一种路面地表沉降监测装置及工作方法

1.本发明涉及地表沉降监测技术领域，具体为一种路面地表沉降监测装置及工作方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.盾构法施工能够在不影响地面交通的情况下建设隧道，但盾构法的施工过程会对地面造成干扰，引发地表沉降。而为了避免地表沉降带来的危害，需要在盾构隧道施工影响区的地表路面进行沉降监测，确保盾构施工期间的安全。
4.目前针对地表路面沉降监测的过程需要在路面上设置特定深度和宽度的孔，并将监测传感器装入孔中以监测沉降量。布置测点的过程需要经过钻孔、布设传感器、回填及养护等多道工序，由于工序复杂、数量众多，测孔内部的传感器容易受到外界扰动，使得得到的沉降数据精度不足；同时测孔密封不严容易积聚雨水，进而引起孔内土质变化，使传感器产生额外的附加沉降位移，导致监测的沉降量偏大。


技术实现要素：

5.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种路面地表沉降监测装置及工作方法，通过跟随原状土层沉降的位移传感器和动力水准仪来采集沉降监测点的沉降数据。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明的第一个方面提供一种路面地表沉降监测装置，包括：
8.套筒，顶部设有盖板，套筒上部的直径大于筒身部分的直径，套筒上部与筒身连接处形成的平面设有垫板，套筒上部容纳沉降监测模块，筒身容纳填充物；
9.沉降监测模块包括竖直布置的沉降测量杆，沉降测量杆底端固定在原状土层中，顶端连接水平布置的固定杆，固定杆两端连接位移传感器，位移传感器的顶针与垫板抵接，填充物顶部的沉降板布置动力水准仪；
10.数据模块，位于套筒内并与位移传感器和动力水准仪连接，获取并传输沉降数据。
11.套筒顶部设有同轴套接的环形榫接槽，盖板表面设有与环形榫接槽结构对应的环形卯接口。
12.套筒内侧设有防腐层。
13.环形榫接槽内部设有密封圈。
14.沉降测量杆竖直布置，通过填充物使底端固定在原状土层中，两个位移传感器处于沉降测量杆两侧，沉降测量杆顶端的所在高度低于套筒口，填充物顶部设有沉降板，沉降板上布置动力水准仪。
15.垫板设置在套筒上部与筒身连接处形成的平面上，上表面与位移传感器的顶针抵
接。
16.沉降测量杆跟随原状土层发生沉降变化，通过固定杆带动位移传感器动作，获取第一组沉降数据。
17.填充物连同沉降板跟随原状土层发生沉降变化，通过动力水准仪获取第二组沉降数据。
18.数据模块位于套筒内侧，被配置为：接收位移传感器获取的第一组沉降数据，接收动力水准仪获取的第二组沉降数据；将获取的沉降数据发送给数据库；当获取的沉降数据超过预警限值，发出预警。
19.本发明的第二个方面提供上述装置的工作方法，包括以下步骤：
20.根据监测需求在沉降影响区布置多个测点，对测点钻孔取土经清理后形成测孔；
21.套筒置于测孔内，套筒底插入原状土层中，套筒顶部不高于路面所在高度；
22.沿套筒轴线方向装入沉降测量杆，沉降测量杆底部插入原状土层中，顶部距路面设定距离，测孔内填入填充物，填充物顶部布置沉降板；
23.垫板布设在套筒上部与筒身连接处形成的平面上，位移传感器连接到固定杆上，固定杆连接在沉降测量杆的设定高度位置，位移传感器顶针与垫板抵接后设置初始压缩值，动力水准仪布设在沉降板上；
24.数据模块连接到套筒内壁，数据模块接入位移传感器和动力水准仪的数据；
25.密封圈套入套筒顶部后，盖板与套筒连接，标记测点所在位置；
26.利用数据模块获得位移传感器和动力水准仪来采集测点的沉降数据。
27.1、沉降测量杆跟随原状土层发生沉降变化，通过固定杆带动位移传感器动作，获取一组沉降数据，填充物连同沉降板跟随原状土层发生沉降变化，通过动力水准仪获取另一组沉降数据，两部分沉降数据采用不同类型的传感器，但来源于同一个测点，能够获得更加准确且更贴近实际工程需求的沉降值。
28.2、套筒和盖板之间采用环形榫接槽和环形卯，形成了迷宫密封的结构，能够大幅减少侵入套筒内部的雨水量，再配合密封圈能够提升提高监测点的防水密封性能。
29.3、套筒内壁设置了防腐层，避免套筒被雨水侵蚀损坏，同时套筒内的元器件远离孔底和盖板，避免雨水和外界环境对元器件的测量结果产生干扰，进一步提高沉降监测的准确性。
附图说明
30.构成本发明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。
31.图1是本发明一个或多个实施例提供的路面地表沉降监测装置结构示意图；
32.图2是本发明一个或多个实施例提供的路面地表沉降监测装置中防护套筒的结构示意图；
33.图3是本发明一个或多个实施例提供的路面地表沉降监测装置中保护盖板的结构示意图；
34.图4是本发明一个或多个实施例提供的路面地表沉降监测装置安装过程示意图；
35.图5是本发明一个或多个实施例提供的路面地表沉降监测装置工作流程示意图；
36.图中：1-钢制防护筒套，2-防腐塑材筒套内壁，3-防水密封圈，4-数据模块，5-固定杆，6-位移传感器，7-沉降测量杆(螺纹钢筋杆)，8-钢制保护盖板，9-位移传感器顶针垫板，10-动力水准仪，11-沉降板，12-细沙，13-混凝土和碎石。
具体实施方式
37.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
38.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
39.现有技术进行地表路面沉降监测点布设时的过程如下：
40.第一步，在选取的埋设点采用钻孔机钻出一个直径为200mm左右，深度为50mm左右的圆柱孔；
41.第二步，换用小直径钻探机向下钻深度的孔洞直至路基或原状土层中；
42.第三步，将监测设备放入钻好洞内的合适位置；
43.第四步，在孔洞底部浇筑混凝土和碎石，待浇筑的混凝土干燥后加入细沙填充到空洞的合适位置；
44.第五步，在孔上部加装一个保护盖，养护14天以上。
45.用此方法来监测保证了检测设备不受地面行人与交通车辆影响，可以正常的稳定工作不遭受破坏。
46.由于上述过程需要多道工序，导致形成的测孔强度不理想、密封不严，并且提取数据依赖人工读取。
47.以下实施例给出一种路面地表沉降监测装置及工作方法，通过位移传感器和动力水准仪来采集沉降监测点的沉降数据，将采集的沉降量数据通过数据传输设备上传至云端数据库，数据库中所保存的沉降数据可在沉降监测平台展示，若某天沉降量超出预设阈值时，数据传输设备会给平台及管理人员发送预警信息。
48.实施例一：
49.如图1所示，一种路面地表沉降监测装置，包括：
50.套筒，顶部设有盖板，底部抵接原状土层，套筒上部的直径大于筒身部分的直径，套筒上部与筒身连接处形成的平面设有垫板，套筒上部容纳沉降监测模块，筒身部分容纳填充物；
51.沉降监测模块包括竖直布置的沉降测量杆7，沉降测量杆7底端固定在原状土层中，顶端连接水平布置的固定杆5，固定杆5两端连接位移传感器6，位移传感器6的顶针与垫板抵接，填充物顶部的沉降板连接动力水准仪10；
52.数据模块，位于套筒内并与位移传感器和动力水准仪连接，获取沉降数据。
53.如图2-图3所示，套筒顶部设有同轴套接的环形榫接槽，环形榫接槽内部设有密封圈，盖板表面设有与环形榫接槽结构对应的环形卯接口。套筒内侧设有防腐层。
54.本实施例中，套筒利用钢制防护筒套1作为装置保护外套，外层采用耐磨的钢制材料，内部为防腐塑材筒套内壁2。环形榫接槽的截面为u型，通过两个内外u型的环形榫接槽与盖板可拆卸连接。
55.本实施例中，盖板为钢制保护盖8，外层采用耐磨的钢制材料内嵌防腐塑料材质，通过环形卯接口将其竖直插入钢制防护筒套1中对应的u型环形榫接槽中，实现套筒与盖板的可拆卸连接。
56.本实施例中，密封圈为防水密封圈3，放置在钢制防护筒套1的u型环形榫接槽的环形凹槽内。由于环形榫接槽和环形卯接口形成了迷宫密封的结构，能够大幅减少侵入套筒内部的雨水量，再配合密封圈能够提升提高监测点的防水密封性能。
57.本实施例中的填充物由下至上依次为混凝土与碎石13和细沙12，沉降测量杆(螺纹钢筋杆)7作为测量沉降量的标杆，顶部低于盖板，底端位于原状土层(原土层)中。
58.两个位移传感器6处于沉降测量杆7两侧，沉降测量杆(螺纹钢筋杆)7跟随原状土层的沉降变化发生高度下降，通过固定杆5带动位移传感器6动作，获取第一组沉降数据，同时原状土层沉降时会引发填充物沉降，则布置在沉降板11上的动力水准仪10会获取第二组沉降数据。两部分沉降数据采用不同类型的传感器，但来源于同一个测点，位移传感器得到的两组沉降数据求平均作为该点沉降值，动力水准仪所采集的两组沉降值也求平均可当作该点沉降值，能够获得更加准确且更贴近实际工程需求的沉降值。
59.数据模块4固定于防腐塑材筒套内壁2侧部，包括数据采集单元、数据传输单元和数据预警单元等功能。
60.数据采集单元通过位移传感器6监测沉降测量杆7的沉降变化趋势来获取沉降值，动力水准仪10放置于沉降板11上时刻监测自身位置的变化趋势来采集沉降数据。
61.数据传输单元将数据采集单元获取的沉降数据发送给数据库。本实施例中，可以通过无线设备及蓝牙设备将监测到沉降量数据上传到云端数据库中保存，在计算机、手机、平板等终端可以自动获取实施的沉降数据。
62.当获取的沉降数据超过预警限值，数据预警单元发出预警。本实施例中，数据预警单元用于发送预警信息给相关管理人员及平台，当传感器监测到的沉降数值超过一定阈值时，就会及时把预警信息发送给相关管理人员及平台，对该沉降监测点做出应对措施，防止沉降灾害进一步发展。
63.实施例二：
64.上述装置的工作方法，包括装置的安装过程(如图4所示)和安装后的数据采集传输过程(如图5所示)，具体的：
65.步骤1：在地下工程施工地表附近规划设定多个监测点位置，测点间距10m设监测断面，每个检测面埋设11个监测点，其距离间隔3～5m；
66.步骤2：首先在选取的埋设点采用取芯钻孔机在混凝土或是沥青路面钻出一个直径为150mm，深度为80mm的孔洞，在改用直径为140mm的取芯钻孔机钻至原土层后，清理孔内碎渣并倒入适量水；
67.步骤3：将钢制防护筒套1放置于所钻好的洞内，并将其底部插入原土层中，使顶部略低于与路面高度；
68.步骤4：沉降测量杆7底部沿着洞孔中心敲入原土层中，使沉降测量杆顶部与路面间隔50mm左右，然后在洞底部放入碎石和注入混凝土用于固定沉降测量杆，待混凝土干后填补细沙至离大洞底部20mm处，保证沉降测量杆始终与地面垂直。在细沙表面放置圆环形的沉降板11将沉降测量杆7置于沉降板11的中心环；
69.步骤5：将位移传感器顶针垫板9固定在筒套平台上，两个位移传感器6头部的连接线穿过固定杆5线孔内，并用胶水使位移传感器6顶部和固定杆5下表面紧密连接。在沉降测量杆7的适当高度焊接固定杆，使位移传感器6的顶针与垫板抵接(垫板可以预先设置凹槽)，设置一个初始压缩值作为监测指标；
70.步骤6：将动力水准仪10固定在沉降板上监测沉降变化，用线缆和套管将水准仪和配套监测设备连接获取相关信息；
71.步骤7：将数据模块固定在保护筒套内壁2上，并用桥接的方式将位移传感器与数据传输装置连接采集传感器中的数据并上传到云端；
72.步骤8：将钢制保护盖与钢制保护筒套的榫接口对齐扣上即可，并在保护盖上用红漆进行编号；
73.步骤9：该方法会获得四组沉降数据，四组由位移传感器所测得沉降数据，一组是动力水准仪所测得的数据，通过数据传输色号被上传至云端，在手机、平板、电脑等终端可自动获取沉降数据，取四组位移传感器测得的数据取平均作为该监测点的地表沉降值，或是将动力水准仪测得的数据作为地表沉降值。若是监测到超过阈值的沉降点，会激活数据传输设置中内嵌nb-iot模块进行预警，nb-iot模块将预警信息发送置管理人员。
74.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。

技术特征：
1.一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，包括：套筒，顶部设有盖板，套筒上部的直径大于筒身部分的直径，套筒上部与筒身连接处形成的平面设有垫板，套筒上部容纳沉降监测模块，筒身容纳填充物；沉降监测模块包括竖直布置的沉降测量杆，沉降测量杆底端固定在原状土层中，顶端连接水平布置的固定杆，固定杆两端连接位移传感器，位移传感器的顶针与垫板抵接，填充物顶部的沉降板布置动力水准仪；数据模块，位于套筒内并与位移传感器和动力水准仪连接，获取并传输沉降数据。2.如权利要求1所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述套筒顶部设有同轴套接的环形榫接槽，盖板表面设有与环形榫接槽结构对应的环形卯接口。3.如权利要求2所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述套筒内侧设有防腐层。4.如权利要求2所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述环形榫接槽内部设有密封圈。5.如权利要求1所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述沉降测量杆竖直布置，通过填充物使底端固定在原状土层中，两个位移传感器位于沉降测量杆两侧，沉降测量杆顶端的所在高度低于套筒口，填充物顶部设有沉降板，沉降板上布置动力水准仪。6.如权利要求1所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述垫板设置在套筒上部与筒身连接处形成的平面上，上表面与位移传感器的顶针抵接。7.如权利要求1所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述沉降测量杆跟随原状土层发生沉降变化，通过固定杆带动位移传感器动作，获取第一组沉降数据。8.如权利要求7所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述填充物连同沉降板跟随原状土层发生沉降变化，通过动力水准仪获取第二组沉降数据。9.如权利要求8所述的一种路面地表沉降监测装置，其特征在于，所述数据模块位于套筒内侧，被配置为：接收位移传感器获取的第一组沉降数据，接收动力水准仪获取的第二组沉降数据；将获取的沉降数据发送给数据库；当获取的沉降数据超过预警限值，发出预警。10.基于权利要求1-9任一项所述装置实现路面地表沉降监测的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：根据监测需求在沉降影响区布置多个测点，对测点钻孔取土经清理后形成测孔；套筒置于测孔内，套筒底插入原状土层中，套筒顶部不高于路面所在高度；沿套筒轴线方向装入沉降测量杆，沉降测量杆底部插入原状土层中，顶部距路面设定距离，测孔内填入填充物，填充物顶部布置沉降板；垫板布设在套筒上部与筒身连接处形成的平面上，位移传感器连接到固定杆上，固定杆连接在沉降测量杆的设定高度位置，位移传感器顶针与垫板抵接后设置初始压缩值，动力水准仪布设在沉降板上；数据模块连接到套筒内壁，数据模块接入位移传感器和动力水准仪的数据；密封圈套入套筒顶部后，盖板与套筒连接，标记测点所在位置；利用数据模块获得位移传感器和动力水准仪来采集测点的沉降数据。

技术总结
本发明涉及一种路面地表沉降监测装置及工作方法，包括套筒，顶部设有盖板，套筒上部的直径大于筒身部分的直径，套筒上部与筒身连接处形成的平面设有垫板，套筒上部容纳沉降监测模块，筒身容纳填充物；沉降监测模块包括竖直布置的沉降测量杆，沉降测量杆底端固定在原状土层中，顶端连接水平布置的固定杆，固定杆两端连接位移传感器，位移传感器的顶针与垫板抵接，填充物顶部的沉降板布置动力水准仪；数据模块，位于套筒内并与位移传感器和动力水准仪连接，获取并传输沉降数据。获取并传输沉降数据。获取并传输沉降数据。


技术研发人员：周宗青 孙益鑫 李刚 刘玉英 杨钧岩 高上 涂汉臣 宋锦铭
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/6