[发明专利]一种隧道施工拱顶沉降监测装置与方法

权利要求书

1.一种隧道施工拱顶沉降监测装置进行掌子面开挖前后拱顶沉降全过程监测的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

A、在开挖掌子面上方往前打孔，用于安放测斜管；

B、将多个测斜传感器分别安置在测斜管对应的安置槽中，每隔n米设置一个，测斜传感器的电线置于测斜管的电线通道中，电线终端位于测斜管管口处，测斜传感器包括本体，在所述的本体内部设有一个密闭仓，在所述的密闭仓内盛装有导电液体，所述的导电液体深度等于仓体高度的1/2，且在密闭仓内布设有三个与水平面垂直的铂电极，所述的铂电极的一端插入所述的导电液体中，另一端通过电线与监测仪相连；

C、将测斜管放置于预先打好的钻孔内，并以管口“正上负下”放置；

D、将测斜管口的各个测斜传感器的电线分别与监测仪连接；

E、掌子面开挖前监测仪分别读取每个测斜传感器数值记为初始值，掌子面开挖过程中，每次需要采集数据就记录一次数值；

F、然后计算求得相邻传感器之间的相对位移，计算方法如下：

定义第二电极为公共电极，定义第一、第三电极为端电极，令：第一电极、第二电极之间的电阻为R₁₂，第二电极、第三电极之间的电阻为R₂₃，且R₁₂＝R₂₃；l₁为第一电极浸入导电液体部分的长度，l₃为第三电极浸入导电液体部分的长度；l₀为第二电极浸入导电液体部分的长度；L为第一电极、第二电极及第二电极、第三电极之间距离；E_t为桥路激励振荡电压；dθ为传感器倾斜量；dE为电桥输出电压；R_B为桥臂匹配电阻；I₁为第一电极和第二电极之间的电流，I₂为第二电极和第三电极之间的电流；V₁为第一电极和第二电极之间的电压，V₂为第二电极和第三电极之间的电压；

把传感器相应电极与两个相同的精密电阻R_B联成交流电阻电桥,R₁₂、R₂₃分别与R_B串联，在其公共电极与R_B公共结点之间加上固定的交流电压E_t；

根据测斜传感器与监测仪连接的交流电桥电路，得到

V₁＝-I₁·R₁₂

V₂＝-I₂·R₂₃

根据c是与导电液电阻率、几何尺寸有关的常数，得：

又因为，l₃＝l₀-Δl，l₁＝l₀+Δl；由上式可计算得相对位移Δl；

拱顶沉降引起测斜管的变形，进而引起测斜传感器的倾斜，将倾角变化转化成电阻变化,再经交流电阻电桥变换成电压讯号，通过计算得出每个传感器的倾斜量，进而计算得出每段测斜管的变形量,根据叠加法计算得出整段测斜管发生的挠曲变形，即为该段的拱顶沉降总位移，拱顶沉降总位移的计算方法如下：

计算测斜管每隔n米设置一个传感器安置槽，所以该段测斜管测得的竖直沉降量为再根据叠加法计算得出整段测斜管发生的挠曲变形，即为整段的拱顶沉降位移。

2.如权利要求1中所述的监测方法，其特征在于，步骤D中，将监测仪依次与测斜传感器连接，分别读取各个传感器的数值。

3.一种采用权利要求1-2的监测方法的隧道施工拱顶沉降监测装置，其特征在于，包括测斜传感器、测斜管和监测仪；

所述的测斜传感器固定在所述的测斜管内，测斜传感器包括本体，在所述的本体内部设有一个密闭仓，在所述的密闭仓内盛装有导电液体，且在密闭仓内布设有三个与水平面垂直的铂电极，所述的铂电极的一端插入所述的导电液体中，另一端通过电线与监测仪相连；所述的监测仪位于测斜管外。