[发明专利]一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置及安装检测方法

权利要求书

1.一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：包括平底圆筒（1）、与平底圆筒（1）螺纹连接的密封盖（2）、放置在平底圆筒（1）内的压力盒传感器（9）、传力系统、支撑系统；

所述密封盖（2）的中心部位开设有上螺纹通孔（16）；所述平底圆筒（1）的开口方向朝向隧道围岩（18）设置，所述平底圆筒（1）的底部中心部位开设有下螺纹通孔，所述平底圆筒（1）的侧壁上设有导线孔（14），所述压力盒传感器（9）的导线（15）从导线孔（14）中穿出；所述平底圆筒（1）的底部焊接固定有支架（12）；所述支架（12）与拱架（13）焊接固定；

所述传力系统包括依次连接的触力球（8）、传力杆（7）以及传力板（4）；所述传力杆（7）贯穿所述上螺纹通孔（16）；所述触力球（8）位于所述平底圆筒（1）的外侧，并与隧道围岩（18）紧贴；所述传力板（4）位于所述平底圆筒（1）内，并与所述压力盒传感器（9）抵接；所述上螺纹通孔内设置有连接密封套（10），所述连接密封套（10）包括依次连接的与上螺纹通孔（16）配合的外螺纹管（102）、防水软管（103）、与传力杆（7）螺纹配合的内螺纹管（101），所述内螺纹管（101）设置于靠近触力球（8）的一端；

所述支撑系统包括设置在平底圆筒（1）内的位于压力盒传感器（9）另一侧的支撑板（5），以及垂直支撑板（5）设置的用于调节压力盒传感器（9）高度的调节螺纹杆（6），所述调节螺纹杆（6）与所述支撑板（5）转动连接，所述调节螺纹杆（6）与所述下螺纹通孔配合并延伸至所述平底圆筒（1）的外部。

2.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述平底圆筒（1）的筒壁厚度不小于20mm，深度不小于两倍压力盒传感器（9）的厚度。

3.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述调节螺纹杆（6）为丁字螺杆。

4.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述密封盖（2）与所述平底圆筒（1）之间设置有O型密封圈（11）。

5.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述支架（12）为中空结构，其外轮廓断面形状为直角梯形，内轮廓断面形状为直角三角形，其中所述直角三角形的两个直角边分别靠近支架（12）的下底和直腰；所述支架（12）的下底与所述平底圆筒（1）焊接固定，所述支架（12）的下底长度大于所述平底圆筒（1）的直径，所述支架（12）的直腰延伸至所述平底圆筒（1）的一侧并与所述拱架（13）焊接固定。

6.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述触力球（8）为实心球，其直径不小于12mm，并与所述传力杆（7）焊接固定；所述传力杆（7）的直径不小于12mm。

7.如权利要求1所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述导线孔（14）的位于平底圆筒（1）内的一端设有倒圆角。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置，其特征在于：所述传力板（4）与所述压力盒传感器（9）之间设置有传力垫（3）；所述传力垫（3）为橡胶垫；所述传力板（4）和所述传力垫（3）均为圆形，所述传力板（4）的直径小于所述压力盒传感器（9）的直径；所述传力垫（3）的厚度在2mm到4mm之间，且其直径与所述压力盒传感器（9）的直径相同。

9.一种如权利要求8所述的用于精确测试隧道围岩接触压力的高度可调压力检测装置的安装检测方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

a、将支架（12）的下底与平底圆筒（1）焊接于一体，支架（12）的直腰延伸至所述平底圆筒（1）的一侧并与所述拱架（13）焊接固定；

b、待焊接处温度冷却后，将支撑板（5）放入平底圆筒（1）内；将调节螺纹杆（6）旋入下螺纹通孔，并与支撑板（5）转动连接；

c、将压力盒传感器（9）的导线（15）从平底圆筒（1）的侧壁上的导线孔（14）穿出，压力盒传感器（9）放置于平底圆筒（1）内；

d、将连接密封套（10）通过内螺纹管（101）套在传力杆（7）上后，将传力杆（7）穿过密封盖（2）的上螺纹通孔后，其端部通过螺纹与传力板（4）相连；

e、将带有O型密封圈（11）的密封盖（2）通过螺纹与平底圆筒（1）拧紧连接；

f、将连接密封套（10）通过外螺纹管（102）与密封盖（2）的上螺纹通孔连接；

g、读取压力盒传感器（9）的读数并记录；

h、旋转调节螺纹杆（6）确保触力球（8）与隧道围岩（18）紧贴，压力盒传感器（9）读数有轻微变化后停止调节螺纹杆（6）旋转，并将此时压力盒传感器（9）读数作为初始值；

i、读取压力盒传感器（9）读数，获取隧道围岩（18）接触压力，计算公式如下：

P=K(f_i²- f₀²)；其中P—被测压力盒传感器所受的力，kPa；K—压力盒传感器的灵敏度系数，kPa/Hz²；f₀—压力盒传感器的初始频率值；f_i—压力盒传感器工作频率值。