CN119437161B - 一种隧道工程用沉降自动监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道监测技术领域，具体涉及一种隧道工程用沉降自动监测装置，包括监测块、电动滑块和滑行架，所述监测块顶壁贯穿固定连接有矩形块，所述矩形块内壁开设有空腔，所述空腔顶壁贯穿滑动连接有凵形板，所述凵形板上设有监测机构；所述监测机构包括转动连接在凵形板内侧壁的监测辊，所述凵形板侧壁转动连接有第一齿轮，所述空腔内壁开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内壁固定连接有第一齿条，所述第二通孔内壁固定连接有第二齿条。本发明通过设置滑行架、电动滑块和监测机构等结构，滑行架可以沿着隧道的走向移动，电动滑块沿着滑行架带动监测机构进行水平方向的往复移动，进而对隧道的不同位置的沉降情况进行自动监测。

Description

一种隧道工程用沉降自动监测装置

技术领域

本发明涉及隧道监测技术领域，具体涉及一种隧道工程用沉降自动监测装置。

背景技术

隧道工程是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。

经检索，公告号为CN116399293B的专利文件：一种运营隧道沉降变形监测系统及方法，包括拱形滑轨，对称的L型滑块滑动设置在拱形滑轨的上方横梁上，且对称的L型滑块顶端面设置有支撑盒，且支撑盒内部滑动插接有支撑条，对称的支撑条下表面连接有滑动板，且对称的支撑条上端面之间转动设置有接触滚轮，且滑动板的下表面安装有顶针柱，顶针柱滑动伸出到支撑盒的下表面，拱形滑轨的上方横梁上表面设置有接触压板，接触压板的上表面与顶针柱下端面接触，且接触压板的下表面与安装槽之间设置有压力传感器；本发明监测人员根据压力传感器传输的数据来判断某一个或局部围岩进行沉降变形监测，进而便于施工人员能够及时对隧道拱顶面沉降的位置进行修补处理。但是也存在一些不足：

如，仅仅通过接触滚轮产生位移对接触压板进行挤压从而判断沉降的情况，那么当隧道内部顶壁出现微小的沉降时，其难以及时的进行监测预警，并且当隧道内部顶壁若粘附有泥土等杂质时，也会影响其监测的准确性，导致产生误报的情况。

为此，我们提出了一种隧道工程用沉降自动监测装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种隧道工程用沉降自动监测装置，包括监测块、电动滑块和滑行架，所述监测块顶壁贯穿固定连接有矩形块，所述矩形块内壁开设有空腔，所述空腔顶壁贯穿滑动连接有凵形板，所述凵形板上设有监测机构；

所述监测机构包括转动连接在凵形板内侧壁的监测辊，所述凵形板侧壁转动连接有第一齿轮，所述空腔内壁开设有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔内壁固定连接有第一齿条，所述第二通孔内壁固定连接有第二齿条，所述空腔内壁滑动连接有第一长条块，所述第一长条块侧壁固定连接有第三齿条，所述第一长条块侧壁转动连接有第二齿轮，所述空腔内壁滑动连接有第二长条块，所述第二长条块侧壁固定连接有第四齿条，所述第二长条块侧壁固定连接有导电柱，所述空腔侧壁固定连接有电阻片，所述监测块侧壁安装有警报器。

优选地，所述矩形块上设有提高监测准确性的提升机构，所述提升机构包括固定连接在矩形块顶壁的矩形框，所述矩形框内壁对称开设有滑槽，每个所述滑槽内壁均密封滑动连接有滑板，所述滑板顶壁固定连接有支撑柱，所述支撑柱远离滑板的一端固定连接有毛刷，所述支撑柱侧壁固定安装有喷头，所述第二长条块内壁开设有滑行腔，所述滑行腔内壁密封滑动连接有滑塞，所述滑塞侧壁固定连接有连接杆，所述连接杆远离滑塞的一端贯穿滑行腔内壁后和凵形板固定连接。

优选地，所述监测块侧壁固定连接有蓄液箱，所述滑行腔内壁贯穿固定连接有一个单向进液管和两个单向出液管，所述单向进液管的另一端贯穿滑行腔内壁后和蓄液箱固定连通，所述单向出液管的另一端贯穿滑行腔内壁后和对应的一个滑槽内壁固定连通，所述滑槽内壁通过连接管和喷头固定连通，所述滑板通过复位弹簧和滑槽内壁弹性连接。

优选地，所述提升机构还包括开设在监测块顶壁的矩形槽，所述矩形槽内壁滑动连接有滑行齿条，所述滑行齿条的顶端固定连接有刮板，所述滑行齿条的底端通过拉伸弹簧和矩形槽内壁弹性连接，所述矩形槽侧壁贯穿滑动连接有楔形块，所述楔形块的另一端延伸至滑行腔内部，所述楔形块的另一端侧壁开设有楔形孔，所述滑行齿条侧壁开设有插槽。

优选地，所述第二长条块底壁固定连接有楔形板，所述楔形板和楔形孔内壁相嵌滑动配合，所述楔形块的一端插设在插槽内部。

优选地，所述监测块内壁开设有与矩形槽内壁连通的T形槽，所述T形槽内壁滑动连接有直齿条，所述T形槽内壁转动连接有传动齿轮，所述传动齿轮和滑行齿条啮合连接，所述传动齿条和直齿条啮合连接，所述直齿条底壁固定连接有橡胶套，所述监测块侧壁固定连接有L形架，所述L形架内壁转动连接有支撑板，所述橡胶套远离直齿条的一端和橡胶套固定连接，所述橡胶套内部填充有电流变液。

优选地，所述第一齿条和第一齿轮啮合连接，所述第三齿条和第一齿轮啮合连接，所述第二齿条和第二齿轮啮合连接，所述第四齿条和第二齿轮啮合连接。

优选地，所述导电柱、电阻片和警报器电性连接，所述滑行架呈倒十字形结构，所述滑行架底壁对称固定连接有多个电动滑轮。

优选地，所述电动滑块滑动配合在滑行架侧壁，所述电动滑块和监测块固定连接，所述凵形板侧壁套设固定有拉力弹簧，所述拉力弹簧的另一端和空腔内壁固定连接。

与现有的技术相比，本发明优点在于：

1.通过设置滑行架、电动滑块和监测机构等结构，滑行架可以沿着隧道的走向每次移动一段距离，接着电动滑块沿着滑行架带动监测机构进行水平方向的往复移动，进而对隧道的不同位置的沉降情况进行自动监测；

2.在对隧道内部的顶壁沉降情况进行监测时，电动滑块带动监测块在滑行架上向右移动，监测辊与隧道内部顶壁贴合转动，当隧道内部顶壁可能出现沉降的情况时，此时监测辊将会向下移动一小段距离，通过设置凵形板、多个齿轮和多个齿条等结构，将监测辊向下移动的微小位移进行多倍的放大，避免监测机构对微小的沉降难以及时发现，且导电柱将会在电阻片的侧壁相抵向下滑动，使警报器达到工作电压产生警报并自动记录此处可能出现隧道沉降的情况；

3.当隧道内部顶壁出现泥土等杂质粘附或者监测辊的辊筒部粘附杂质时可能也会出现误报的情况，在上述过程中，凵形板和第二长条块在向下运动的过程中，由于第二长条块的运动速度更快，那么凵形板和第二长条块之间的距离将不断地增大，通过设置滑塞、连接杆和毛刷等结构，使得毛刷和监测辊的滚筒部相抵接触，对监测辊的表面进行刷动去除杂质，随后清洗液将会通过连接管从喷头处喷出，对监测辊的表面进行冲洗，避免监测辊上粘附杂质导致对隧道内部顶壁沉降情况的误报；

4.当监测辊向下运动较长距离时，楔形板通过楔形孔带动楔形块向右滑动一段距离从插槽中脱离，在拉伸弹簧的作用下使滑行齿条向上滑动一段距离，那么滑行齿条将会带动刮板与隧道内部顶壁相抵接触，随后电动滑块通过监测块等结构带动刮板在隧道内部顶壁左右反复移动，使刮板对隧道内部顶壁进行相抵刮动，若隧道内部顶壁存在泥土等杂质则可以进行刮除，再令监测辊进行重新监测；

5.若隧道内部顶壁并非是由于泥土等杂质导致的误报，那么隧道内部顶壁则出现了较大的沉降，此时隧道内部顶壁的沉降处存在安全隐患，在滑行齿条向上运动的过程中，通过设置传动齿轮、直齿条和支撑板等结构，使支撑板的底端和隧道内部地面相抵接触，并对橡胶套内部的电流变液通电，电流变液从液态转变为固态，进而在橡胶套内部形成坚硬体，和支撑板形成稳定的三角形结构，进而可以对隧道内部顶壁进行部分支撑，待后续检修人员进行检修维护。

附图说明

图1为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置的外观结构示意图；

图2为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置中电动滑块和监测块的连接关系示意图；

图3为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置的空腔、矩形槽和T形槽的内部结构示意图；

图4为图3中A部分结构的放大示意图；

图5为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置中监测辊监测到沉降时向下运动一段距离后的结构示意图；

图6为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置中滑槽内部的结构示意图；

图7为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置中滑行槽内部的结构示意图；

图8为本发明提出的一种隧道工程用沉降自动监测装置中拉力弹簧和凵形板的连接关系示意图。

图中：1、监测块；2、电动滑块；3、滑行架；4、矩形块；5、空腔；6、凵形板；7、监测辊；8、第一齿轮；9、第一通孔；10、第一齿条；11、第一长条块；12、第三齿条；13、楔形板；14、第二通孔；15、第二齿条；16、第二长条块；17、第四齿条；18、导电柱；19、警报器；20、楔形块；21、楔形孔；22、矩形槽；23、拉伸弹簧；24、滑行齿条；25、刮板；26、滑行腔；27、滑塞；28、连接杆；29、单向进液管；30、单向出液管；31、第二齿轮；32、滑槽；33、滑板；34、复位弹簧；35、连接管；36、支撑柱；37、喷头；38、毛刷；39、T形槽；40、传动齿轮；41、直齿条；42、橡胶套；43、L形架；44、支撑板；45、蓄液箱；46、插槽；47、电阻片；48、矩形框；49、电动滑轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参照图1－图8，一种隧道工程用沉降自动监测装置，包括监测块1、电动滑块2和滑行架3，监测块1顶壁贯穿固定连接有矩形块4，矩形块4内壁开设有空腔5，空腔5顶壁贯穿滑动连接有凵形板6（如图3所示），凵形板6上设有监测机构；

监测机构包括转动连接在凵形板6内侧壁的监测辊7，凵形板6侧壁转动连接有第一齿轮8，空腔5内壁开设有第一通孔9和第二通孔14，第一通孔9内壁固定连接有第一齿条10，第二通孔14内壁固定连接有第二齿条15，空腔5内壁滑动连接有第一长条块11，第一长条块11侧壁固定连接有第三齿条12，第一长条块11侧壁转动连接有第二齿轮31，空腔5内壁滑动连接有第二长条块16，第二长条块16侧壁固定连接有第四齿条17，第二长条块16侧壁固定连接有导电柱18，空腔5侧壁固定连接有电阻片47，监测块1侧壁安装有警报器19。

矩形块4上设有提高监测准确性的提升机构，提升机构包括固定连接在矩形块4顶壁的矩形框48，矩形框48内壁对称开设有滑槽32，每个滑槽32内壁均密封滑动连接有滑板33，滑板33顶壁固定连接有支撑柱36，支撑柱36远离滑板33的一端固定连接有毛刷38，支撑柱36侧壁固定安装有喷头37，第二长条块16内壁开设有滑行腔26，滑行腔26内壁密封滑动连接有滑塞27，滑塞27侧壁固定连接有连接杆28，连接杆28远离滑塞27的一端贯穿第二长条块16内壁后和凵形板6固定连接。

监测块1侧壁固定连接有蓄液箱45，蓄液箱45内部填充有清洗液，滑行腔26内壁贯穿固定连接有一个单向进液管29和两个单向出液管30，单向进液管29的另一端贯穿矩形块4内壁后和蓄液箱45固定连通，单向出液管30的另一端贯穿矩形块4内壁后和对应的一个滑槽32内壁固定连通，单向进液管29只允许蓄液箱45内部的清洗液进入到滑行腔26内部，单向出液管30只允许滑行腔26内部的清洗液进入到对应的滑槽32内部，滑槽32上侧内壁通过连接管35和喷头37固定连通，当滑板33向上滑动一段距离后，清洗液可以通过连接管35进入到喷头37处喷出，滑板33通过复位弹簧34和滑槽32内壁弹性连接。

提升机构还包括开设在监测块1顶壁的矩形槽22，矩形槽22内壁滑动连接有滑行齿条24，滑行齿条24的顶端固定连接有刮板25，滑行齿条24的底端通过拉伸弹簧23和矩形槽22内壁弹性连接，矩形槽22侧壁贯穿滑动连接有楔形块20，楔形块20的另一端延伸至空腔5内部，楔形块20的另一端侧壁开设有楔形孔21，滑行齿条24侧壁开设有插槽46。

第二长条块16底壁固定连接有楔形板13，楔形板13和楔形孔21内壁相嵌滑动配合不会产生脱离，楔形块20的一端插设在插槽46内部。

监测块1内壁开设有与矩形槽22内壁连通的T形槽39，T形槽39内壁滑动连接有直齿条41，T形槽39内壁转动连接有传动齿轮40，传动齿轮40和滑行齿条24啮合连接，传动齿轮40和直齿条41啮合连接，直齿条41底壁固定连接有橡胶套42，监测块1侧壁固定连接有L形架43，L形架43内壁转动连接有支撑板44，橡胶套42远离直齿条41的一端和支撑板44固定连接，橡胶套42内部填充有电流变液，电流变液是由高介电常数的固体微粒和低介电常数的硅油组成，它在电场的作用下可发生液体—固体的转变，当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度远高于这个临界值时，它就变成固态；电流变液在电场的作用下能产生明显的电流变效应，即可在液态和类固态间进行快速可逆的转化，或者说是在流动态（类液态）和固态之间进行快速可逆的转化，并保持粘度连续。这种转变极为迅速，瞬时可控，能耗极小，可实现实时控制。

第一齿条10和第一齿轮8啮合连接，第三齿条12和第一齿轮8啮合连接，第二齿条15和第二齿轮31啮合连接，第四齿条17和第二齿轮31啮合连接。

导电柱18、电阻片47和警报器19电性连接，滑行架3呈倒十字形结构，滑行架3底壁对称固定连接有电动滑轮49，电动滑轮49和电动滑块2均为现有技术，在此不进行赘述。

电动滑块2滑动配合在滑行架3侧壁，电动滑块2和监测块1固定连接，凵形板6底部内壁固定有拉力弹簧（如图8所示），拉力弹簧的另一端和空腔5内壁固定连接。

本发明中，滑行架3顶部的架体轨迹和隧道内部顶壁轨迹一致，电动滑块2可沿着滑行架3进行水平方向的往复移动，而电动滑轮49可以带动滑行架3每次沿着隧道的走向移动一段距离，进而对隧道的不同位置的沉降情况进行自动监测。

在对隧道内部的顶壁沉降情况进行监测时，开启电动滑块2，电动滑块2带动监测块1在滑行架3上向右移动，由于监测辊7的辊筒部与隧道内部顶壁相抵接触，那么监测辊7在随监测块1移动的过程中将会与隧道内部顶壁贴合转动，当隧道内部顶壁可能出现沉降的情况时，此时监测辊7将会向下移动一小段距离，监测辊7则带动凵形板6向下移动一小段距离，凵形板6则带动第一齿轮8运动，由于第一齿轮8分别和第一齿条10、第三齿条12啮合连接，那么第三齿条12将会带动第一长条块11向下加倍行程运动，又在第二齿轮31和第二齿条15的作用下，第二齿轮31通过第四齿条17带动第二长条块16向下加倍行程运动，进而将监测辊7向下移动的微小位移进行多倍的放大，避免监测机构对微小的沉降难以及时发现，那么固定连接在第二长条块16侧壁的导电柱18将会在电阻片47的侧壁相抵向下滑动，使电阻片47、导电柱18和警报器19形成电路中的电阻不断减小，直至警报器19达到工作电压产生警报并自动记录此处可能出现隧道沉降的情况。

当隧道内部顶壁出现泥土等杂质粘附或者监测辊7的辊筒部粘附杂质时可能也会出现误报的情况，那么在上述过程中，凵形板6和第二长条块16在向下运动的过程中，由于第二长条块16的运动速度更快，那么凵形板6和第二长条块16之间的距离将不断地增大，那么固定连接在凵形板6内壁的连接杆28将会带动滑塞27在滑行腔26内部密封滑动，进而通过单向出液管30将滑行腔26内部的清洗液挤压到两个滑槽32内部，那么被挤压进入到滑槽32内部的清洗液将会推动滑板33向上密封滑动一段距离，滑板33则带动支撑柱36向上运动一段距离，使得毛刷38和监测辊7的滚筒部相抵接触，对监测辊7的表面进行刷动去除杂质，随后清洗液将会通过连接管35从喷头37处喷出，对监测辊7的表面进行冲洗，避免监测辊7上粘附杂质导致对隧道内部顶壁沉降情况的误报。

当监测辊7向下运动较长距离时，此时说明可能沉降的情况较为严重存在安全隐患，需要排除其他误报的情况，那么此时第二长条块16向下运动较长的距离，并带动楔形板13同步运动，使得楔形板13通过楔形孔21带动楔形块20向右滑动一段距离（如图3和图4所示），那么楔形块20才能够从插槽46中脱离解除限位状态，在拉伸弹簧23的作用下使滑行齿条24向上滑动一段距离，那么滑行齿条24将会带动刮板25与隧道内部顶壁相抵接触，随后电动滑块2通过监测块1等结构带动刮板25在隧道内部顶壁左右反复移动，使刮板25对隧道内部顶壁进行相抵刮动，若隧道内部顶壁存在泥土等杂质则可以进行刮除，再令监测辊7进行重新监测。

若隧道内部顶壁并非是由于泥土等杂质导致的误报，那么隧道内部顶壁则出现了较大的沉降，此时隧道内部顶壁的沉降处存在安全隐患，在滑行齿条24向上运动的过程中（如图3所示），滑行齿条24将会带动与其啮合连接的传动齿轮40转动，传动齿轮40则带动与其啮合连接的直齿条41向下运动一段距离，那么直齿条41将会带动橡胶套42向下运动，由于橡胶套42的另一端和支撑板44固定连接，那么使用者可以拉动支撑板44令其进行旋转（如图2所示），直至支撑板44的底端和隧道内部地面相抵接触，此时橡胶套42将会被拉伸产生形变，随后对橡胶套42内部的电流变液通电，电流变液从液态转变为固态，进而在橡胶套42内部形成坚硬体，和支撑板44形成稳定的三角形结构，进而可以对隧道内部顶壁进行部分支撑，待后续检修人员进行检修维护。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种隧道工程用沉降自动监测装置，包括监测块、电动滑块和滑行架，其特征在于，监测块顶壁贯穿固定连接有矩形块，矩形块内壁开设有空腔，空腔顶壁贯穿滑动连接有凵形板，凵形板上设有监测机构；

监测机构包括转动连接在凵形板内侧壁的监测辊，凵形板侧壁转动连接有第一齿轮，空腔内壁开设有第一通孔和第二通孔，第一通孔内壁固定连接有第一齿条，第二通孔内壁固定连接有第二齿条，空腔内壁滑动连接有第一长条块，第一长条块侧壁固定连接有第三齿条，第一长条块侧壁转动连接有第二齿轮，空腔内壁滑动连接有第二长条块，第二长条块侧壁固定连接有第四齿条，第二长条块侧壁固定连接有导电柱，空腔侧壁固定连接有电阻片，监测块侧壁安装有警报器；

矩形块上设有提高监测准确性的提升机构，提升机构包括固定连接在矩形块顶壁的矩形框，矩形框内壁对称开设有滑槽，每个滑槽内壁均密封滑动连接有滑板，滑板顶壁固定连接有支撑柱，支撑柱远离滑板的一端固定连接有毛刷，支撑柱侧壁固定安装有喷头，第二长条块内壁开设有滑行腔，滑行腔内壁密封滑动连接有滑塞，滑塞侧壁固定连接有连接杆，连接杆远离滑塞的一端贯穿第二长条块内壁后和凵形板固定连接；

监测块侧壁固定连接有蓄液箱，滑行腔内壁贯穿固定连接有一个单向进液管和两个单向出液管，单向进液管的另一端贯穿矩形块内壁后和蓄液箱固定连通，单向出液管的另一端贯穿矩形块内壁后和对应的一个滑槽内壁固定连通，滑槽内壁通过连接管和喷头固定连通，滑板通过复位弹簧和滑槽内壁弹性连接；

提升机构还包括开设在监测块顶壁的矩形槽，矩形槽内壁滑动连接有滑行齿条，滑行齿条的顶端固定连接有刮板，滑行齿条的底端通过拉伸弹簧和矩形槽内壁弹性连接，矩形槽侧壁贯穿滑动连接有楔形块，楔形块的另一端延伸至空腔内部，楔形块的另一端侧壁开设有楔形孔，滑行齿条侧壁开设有插槽；

第二长条块底壁固定连接有楔形板，楔形板和楔形孔内壁相嵌滑动配合，楔形块的一端插设在插槽内部；

监测块内壁开设有与矩形槽内壁连通的T形槽，T形槽内壁滑动连接有直齿条，T形槽内壁转动连接有传动齿轮，传动齿轮和滑行齿条啮合连接，传动齿轮和直齿条啮合连接，直齿条底壁固定连接有橡胶套，监测块侧壁固定连接有L形架，L形架内壁转动连接有支撑板，橡胶套远离直齿条的一端和支撑板固定连接，橡胶套内部填充有电流变液。

2.根据权利要求1所述的隧道工程用沉降自动监测装置，其特征在于，第一齿条和第一齿轮啮合连接，第三齿条和第一齿轮啮合连接，第二齿条和第二齿轮啮合连接，第四齿条和第二齿轮啮合连接。

3.根据权利要求1所述的隧道工程用沉降自动监测装置，其特征在于，导电柱、电阻片和警报器电性连接，滑行架呈倒十字形结构，滑行架底壁对称固定连接有电动滑轮。

4.根据权利要求1所述的隧道工程用沉降自动监测装置，其特征在于，电动滑块滑动配合在滑行架侧壁，电动滑块和监测块固定连接，凵形板底部内壁固定有拉力弹簧，拉力弹簧的另一端和空腔内壁固定连接。