用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置及操作方法

1.本发明涉及岩土工程原位测试及勘察领域，具体涉及用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置及操作方法。


背景技术：

2.当前在既有地下结构中埋设传感器比较成熟的埋设方法主要有挂布法、顶出法和弹出法等，应用较为广泛。不过传统的埋设方法，传感器埋入土体后存在与土体侧向变形不协调，以及传感器位置偏移等问题，因而对测试结果的精度有一定的影响。同时使用钢筋笼埋入传感器不易拔出回收利用，并且传感器需在施工现场焊接在钢筋笼上，安装操作不能采用标准化装配，安装效率较为低下。如果能保证传感器埋设的工作效率，以及提高传感器测试数据的精度，将具备较高的工程意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置及操作方法以至少解决传感器位置偏移问题。
4.一种用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，包括：伸缩杆（1），包括若干伸缩杆a及若干伸缩杆b，若干伸缩杆a与若干伸缩杆b间隔连接，每个伸缩杆a两端分别可滑动地套设于对应一个伸缩杆b；若干伸缩杆紧固装置（2），每个伸缩杆紧固装置（2）分别用于固定相连的一个伸缩杆a与一个伸缩杆b；传感器紧固装置（3），固定于伸缩杆a或伸缩杆b，传感器紧固装置（3）用于固定传感器（4）。
5.进一步的，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面为圆形、所述伸缩杆a的内径布设凹槽，所述伸缩杆b的外径布设凹槽；伸缩杆a与伸缩杆b的凹槽相互适配以现在伸缩杆a与伸缩杆b之间的相对转动。
6.进一步的，所述伸缩杆紧固装置（2）包括：外廓（2-1），套设于伸缩杆a并靠近伸缩杆a的端部；凸轮拨杆（2-2），可转动地设于所述外廓（2-1），所述凸轮拨杆（2-2）为变半径；压块（2-3），设于凸轮拨杆（2-2）与伸缩杆（1）之间；凸轮拨杆（2-2）转动后，与压块（2-3）接触的凸轮半径逐渐增大，使压块（2-3）与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力增大，并限制伸缩杆a与伸缩杆b相对滑动；或与压块（2-3）接触的凸轮半径逐渐减小，使压块（2-3）与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力减小，并解除对伸缩杆a与伸缩杆b的滑动限制。
7.进一步的，所述传感器紧固装置（3）包括：嵌入式外壳（3-1），与传感器（4）相适配，嵌入式外壳（3-1）设有挖孔（3-3）用于穿过传感器的线路（4-1）；
连接装置（3-2），与嵌入式外壳（3-1）相固定，并用于固定于伸缩杆a或伸缩杆b。
8.进一步的，所述连接装置（3-2）采用自锁式扎带、可拆卸金属喉箍（3a）或美式喉箍（3b），以将传感器（2）固定在伸缩杆（1）上。
9.进一步的，所述传感器（4）包括土压力传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器中的一种或多种；所述传感器（4）为有线或无线传感器。
10.进一步的，所述伸缩杆a及伸缩杆b为中空（1-2），所述伸缩杆a及伸缩杆b设有开孔（1-1），传感器线路（4-1）从开孔（1-1）穿入中空（1-2）。
11.进一步的，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面为多边形。
12.进一步的，所述伸缩杆（1）采用金属或高分子复合材料。
13.一种用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的操作方法，包括以下步骤：（1）在监测地区对选取原位测试点，在土体内采用护壁泥浆进行钻孔至深度h，钻孔直径d大于伸缩杆的直径d1，使伸缩装置能够埋设于钻孔中；（2）连接伸缩杆a、伸缩杆b至目标深度h，通过旋紧伸缩杆a外侧紧固装置的凸轮拨杆，使压块与伸缩杆接触，将伸缩杆a与伸缩杆b之间固定；（3）将传感器置于传感器紧固装置的外壳中，在测量位置通过旋紧连接装置的紧固装置将传感器安置在伸缩杆上；对于有线传感器，其线路穿过传感器紧固装置外壳的挖孔，穿入传感器附近伸缩杆上的孔洞，经伸缩杆的中空部分，最终与地面显示设备相连；（4）将安装好传感器的伸缩杆向下放入钻孔内，校核传感器的深度和方向，在地面固定伸缩装置，在钻孔内回填土至地面；（5）待回填土固结完成后，根据施工工况在地面对各个阶段土体的相关数据进行采集。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：（1）有效实现了传感器的固定，避免放置过程中造成传感器位置的改变，提高传感器的布设精度，较为准测地测量土体的相关数据。
15.（2）传感器紧固装置可将传感器牢固安置于伸缩杆上。
16.（3）伸缩装置可进行标准化生产加工控制伸缩杆的长度及开孔位置，相较于常规方法该装置具有较易使用、安装快速及便于运输等特点。
17.（4）可根据工程的实际测量需求在现场调控伸缩杆的连接总长度，因此满足不同深度相关测量的需求，操作简单、安装高效，具有较好的工程应用价值和推广应用前景。
18.（5）可根据需求使用有线或无线传感器对装置进行设计。对于有线传感器，可通过伸缩杆中空内部走线，避免了埋设过程及测量过程中土体对线路的影响。
19.（6）可用于长期监测或临时结构的监测，在完成测量过程后，可将其回收利用，降低测量的成本。
20.经工程实践验证，取得了显著的效果。本发明简单、安装高效、操作简单，在基坑群项目的土压力监测中得以应用，经工程实践验证，取得了显著的效果。
附图说明
21.图1为用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置结构部分示意图（圆形截面）。
22.图2为用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的伸缩杆紧固装置示意图。
23.图3为用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的传感器紧固装置示意图（可拆卸金属喉箍）。
24.图4为用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的传感器紧固装置示意图（大美式喉箍）。
25.图5为用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置结构整体示意图。（圆形截面）。
26.图6为基坑平面图及土压力盒测点分布图。
27.图7为土压力监测结果。
28.图中：伸缩杆（1）、孔（1-1）、中空部分（1-2）、伸缩杆（a）、伸缩杆（b）、伸缩杆紧固装置（2）、外廓（2-1）、凸轮拨杆（2-2）、压块（2-3）、传感器紧固装置（3）、外壳（3-1）、连接装置（3-2）、外壳挖孔（3-3）、可拆卸金属喉箍（3a）、螺旋紧固装置（3a-1）、卡口（3a-2）、大美式喉箍（3b）、紧固装置（3b-1）、橡胶（3b-2）、传感器（4）、传感器线（4-1）。
具体实施方式
29.下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
30.下面结合附图进一步讲述本发明实施例的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置。在基坑群外围埋设了本发明的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置对现场进行土压力监测，场地土压力测试如图6-7所示。
31.如图1至图5所示，根据本发明的一个实施例提出的一种用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，包括伸缩杆1，包括若干伸缩杆a及若干伸缩杆b，若干伸缩杆a与若干伸缩杆b间隔连接，每个伸缩杆a两端分别可滑动地套设于对应一个伸缩杆b；若干伸缩杆紧固装置2，每个伸缩杆紧固装置2分别用于固定相连的一个伸缩杆a与一个伸缩杆b；传感器紧固装置3，固定于伸缩杆a或伸缩杆b，传感器紧固装置3用于固定传感器4。
32.伸缩杆a的内径r1略大于伸缩杆b的外径r2，将伸缩杆b嵌套于伸缩杆a中，两伸缩杆a与伸缩杆b可以相互滑动，通过紧固装置2固定伸缩杆a、伸缩杆b，伸缩杆a两侧连接伸缩杆b，伸缩杆b两侧连接伸缩杆a。
33.伸缩杆1可在工厂中按一定规格生产，包括开孔设计r、杆的长度l、杆的截面尺寸r等，并根据实际工程现场测试总深度h、测试位置调整两种伸缩杆1的连接总长度l。
34.在至少一实施例中，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面为圆形、所述伸缩杆a的内径布设凹槽，所述伸缩杆b的外径布设凹槽；伸缩杆a与伸缩杆b的凹槽相互适配以现在伸缩杆a与伸缩杆b之间的相对转动。
35.在其他实施例中，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面可以为其他形状，例如为多边形。
36.所述伸缩杆紧固装置2包括：外廓2-1，套设于伸缩杆a并靠近伸缩杆a的端部；
凸轮拨杆2-2，可转动地设于所述外廓2-1，所述凸轮拨杆2-2为变半径；压块2-3，设于凸轮拨杆2-2与伸缩杆1之间；凸轮拨杆2-2转动后，与压块2-3接触的凸轮半径逐渐增大，使压块2-3与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力增大，并限制伸缩杆a与伸缩杆b相对滑动；或与压块2-3接触的凸轮半径逐渐减小，使压块2-3与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力减小，并解除对伸缩杆a与伸缩杆b的滑动限制。
37.压块2-3安装在伸缩杆a两端的外侧，使压块2-3能够接触到伸缩杆b。
38.所述传感器紧固装置3包括：嵌入式外壳3-1，与传感器4相适配，嵌入式外壳3-1设有挖孔3-3用于穿过传感器的线路4-1；连接装置3-2，与嵌入式外壳3-1相固定，并用于固定于伸缩杆a或伸缩杆b。
39.所述连接装置3-2采用自锁式扎带、可拆卸金属喉箍3a或美式喉箍3b，以将传感器2固定在伸缩杆1上。
40.传感器紧固装置3的设计为嵌入式外壳3-1半径为r2，与传感器4的半径大小r1相匹配（r2略大于r1），传感器4可完全嵌入外壳3-1中，外壳3-1不影响传感器4的测量，外壳3-1设有挖孔3-3，有线传感器的线路4-1可从旁边穿出；外壳外侧3-1设有连接装置3-2，伸缩杆1截面为圆形时，连接装置3-2可采用自锁式扎带、可拆卸金属喉箍3a、美式喉箍3b，将传感器2固定在伸缩杆1上。
41.所述传感器4包括土压力传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器中的一种或多种；所述传感器4为有线或无线传感器。
42.所述伸缩杆a及伸缩杆b为中空1-2，所述伸缩杆a及伸缩杆b设有开孔1-1，传感器线路4-1从开孔1-1穿入中空1-2。可以理解，在采用无线传感器时，伸缩杆a及伸缩杆b也可以为实心设计。
43.所述伸缩杆1采用金属或高分子复合材料，以在放置地下时伸缩杆1不会出现弯折等强度不足的现象。
44.一种用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的操作方法，包括以下步骤：（1）在监测地区对选取原位测试点，在土体内采用护壁泥浆进行钻孔至深度h，钻孔直径d大于伸缩杆1的直径d1，使伸缩装置能够埋设于钻孔中；（2）连接伸缩杆a、伸缩杆b至目标深度h，通过旋紧伸缩杆a外侧紧固装置的凸轮拨杆2-2，使压块2-3与伸缩杆1接触，将伸缩杆a与伸缩杆b之间固定；（3）将传感器4置于传感器紧固装置3的外壳3-1中，在测量位置通过旋紧连接装置3-2的紧固装置3a-1、3b-1将传感器4安置在伸缩杆1上；对于有线传感器4，其线路穿过传感器紧固装置外壳的挖孔3-3，穿入传感器4附近伸缩杆1上的孔洞1-1，经伸缩杆1的中空部分1-2，最终与地面显示设备相连；（4）将安装好传感器4的伸缩杆1向下放入钻孔内，校核传感器4的深度和方向，在地面固定伸缩装置，在钻孔内回填土至地面；（5）待回填土固结完成后，根据施工工况在地面对各个阶段土体的相关数据进行采集。
45.伸缩杆1可以在工厂制作并挖孔，并运输至监测位置。
46.如图6-7所示，本发明用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置用于基坑开挖项目的工程监测，该基坑开挖深度约为18.5m，基坑开挖宽度为51m，挡墙嵌入深度为50.5m，基坑与周围地下结构间距b为12m。在伸缩杆每5m长度处布设一个土压力计，监测结果如图所示。
47.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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，包括：伸缩杆（1），包括若干伸缩杆a及若干伸缩杆b，若干伸缩杆a与若干伸缩杆b间隔连接，每个伸缩杆a两端分别可滑动地套设于对应一个伸缩杆b；若干伸缩杆紧固装置（2），每个伸缩杆紧固装置（2）分别用于固定相连的一个伸缩杆a与一个伸缩杆b；传感器紧固装置（3），固定于伸缩杆a或伸缩杆b，传感器紧固装置（3）用于固定传感器（4）。2.根据权利要求1所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面为圆形、所述伸缩杆a的内径布设凹槽，所述伸缩杆b的外径布设凹槽；伸缩杆a与伸缩杆b的凹槽相互适配以现在伸缩杆a与伸缩杆b之间的相对转动。3.根据权利要求1所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述伸缩杆紧固装置（2）包括：外廓（2-1），套设于伸缩杆a并靠近伸缩杆a的端部；凸轮拨杆（2-2），可转动地设于所述外廓（2-1），所述凸轮拨杆（2-2）为变半径；压块（2-3），设于凸轮拨杆（2-2）与伸缩杆（1）之间；凸轮拨杆（2-2）转动后，与压块（2-3）接触的凸轮半径逐渐增大，使压块（2-3）与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力增大，并限制伸缩杆a与伸缩杆b相对滑动；或与压块（2-3）接触的凸轮半径逐渐减小，使压块（2-3）与伸缩杆a及伸缩杆b间作用力减小，并解除对伸缩杆a与伸缩杆b的滑动限制。4.根据权利要求1所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述传感器紧固装置（3）包括：嵌入式外壳（3-1），与传感器（4）相适配，嵌入式外壳（3-1）设有挖孔（3-3）用于穿过传感器的线路（4-1）；连接装置（3-2），与嵌入式外壳（3-1）相固定，并用于固定于伸缩杆a或伸缩杆b。5.根据权利要求4所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述连接装置（3-2）采用自锁式扎带、可拆卸金属喉箍（3a）或美式喉箍（3b），以将传感器（2）固定在伸缩杆（1）上。6.根据权利要求4所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述传感器（4）包括土压力传感器、孔隙水压力传感器、位移传感器中的一种或多种；所述传感器（4）为有线或无线传感器。7.根据权利要求6所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述伸缩杆a及伸缩杆b为中空（1-2），所述伸缩杆a及伸缩杆b设有开孔（1-1），传感器线路（4-1）从开孔（1-1）穿入中空（1-2）。8.根据权利要求1所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述伸缩杆a及伸缩杆b的截面为多边形。9.根据权利要求1所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置，其特征在于，所述伸缩杆（1）采用金属或高分子复合材料。10.一种如权利要求1-9任一项所述的用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在监测地区对选取原位测试点，在土体内采用护壁泥浆进行钻孔至深度h，钻孔直径d大于伸缩杆（1）的直径d1，使伸缩装置能够埋设于钻孔中；（2）连接伸缩杆a、伸缩杆b至目标深度h，通过旋紧伸缩杆a外侧紧固装置的凸轮拨杆（2-2），使压块（2-3）与伸缩杆（1）接触，将伸缩杆a与伸缩杆b之间固定；（3）将传感器（4）置于传感器紧固装置（3）的外壳（3-1）中，在测量位置通过旋紧连接装置（3-2）的紧固装置（3a-1、3b-1）将传感器（4）安置在伸缩杆（1）上；对于有线传感器（4），其线路穿过传感器紧固装置外壳的挖孔（3-3），穿入传感器（4）附近伸缩杆（1）上的孔洞（1-1），经伸缩杆（1）的中空部分（1-2），最终与地面显示设备相连；（4）将安装好传感器（4）的伸缩杆（1）向下放入钻孔内，校核传感器（4）的深度和方向，在地面固定伸缩装置，在钻孔内回填土至地面；（5）待回填土固结完成后，根据施工工况在地面对各个阶段土体的相关数据进行采集。

技术总结
本发明公开了一种可用于埋设既有地下结构传感器的伸缩装置及操作方法，伸缩装置，包括：伸缩杆，包括若干伸缩杆A及若干伸缩杆B，若干伸缩杆A与若干伸缩杆B间隔连接，每个伸缩杆A两端分别可滑动地套设于对应一个伸缩杆B；若干伸缩杆紧固装置，每个伸缩杆紧固装置分别用于固定相连的一个伸缩杆A与一个伸缩杆B；传感器紧固装置，固定于伸缩杆A或伸缩杆B，传感器紧固装置用于固定传感器。本发明可有效实现传感器的固定，解决传感器深处放置不牢固、易受数据线牵引和土体干扰导致传感器位置倾斜等问题，该伸缩装置操作简单、安装高效且易于运输，可灵活调整伸缩装置的长度满足不同深度的测量需求，在测量完成后对装置进行回收利用。在测量完成后对装置进行回收利用。在测量完成后对装置进行回收利用。


技术研发人员：林锦鸿 刘松玉 岳汝 赖丰文 章定文
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/12