[发明专利]一种水工建筑物竖向变形监测装置及方法

权利要求书

1.一种水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于：包括位于土石方结合区的通底竖井、位于通底竖井内部的载道内管，所述载道内管内安装有变位台，变位台上的两侧对称的安装有驱动电机，驱动电机通过支架安装在变位台上，驱动电机与驱动轴连接，驱动轴上设有外螺纹，驱动轴插入到五级活塞内，五级活塞设有与外螺纹配合的内螺纹，通过位于五级活塞顶端的持力活塞与钻头外连管联接，钻头外连管与锥形钻头连接，五级活塞位于活塞壳体内，活塞壳体上设有第一刻槽，驱动电机内安装有无线接收模块，无线接收模块通过无线传输模块与控制器信号连接；变位台两边的活塞壳体分别与提升钻头活塞壳体运动的升降装置连接，变位台的两端对称的安装有校正变位台水平的校正装置，变位台中部与一组对称安装的弹簧的一端连接，弹簧的另一端与竖向测尺铰接，刻度台位于设置在通底竖井上的横梁上，两个弹簧之间设有光纤挂桶，光纤挂桶的底端与变位台连接，光纤挂桶内安装有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣，波状回路光纤的输入端安装有光波发射器，波状回路光纤的输出端安装有光波采集器。

2.根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于：所述升降装置包含同速张拉绳、张拉台、张拉载道和螺纹柱，所述同速张拉绳一端连接第一刻槽，另一端穿过张拉载道缠绕在螺纹柱并收纳在张拉绳盘里，张拉台位于横梁上。

3.根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于：所述校正装置包含校正牵引绳、牵引载道、牵引台、拧固栓，所述牵引台上设有两个牵引载道，变位台的一侧设有两个第二刻槽，两根校正牵引绳一端分别穿过牵引载道与第二刻槽连接，两根校正牵引绳的另一端分别通过设置在牵引台的拧固栓拧紧，牵引台位于横梁上。

4.根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于：所述变位台的下方设有护底凸台。

5.根据权利要求1所述的水工建筑物竖向变形监测装置，其特征在于：所述控制器为STM32F103VET6。

6.一种水工建筑物竖向变形监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第1步，空载下，旋开螺纹柱及拧固栓，将同速张拉绳、校正牵引绳完全松开，将变位台及其所承载的部件放松到通底竖井的最底端，让护底凸台接触到通底竖井的底面，测试拉压弹簧及竖向测尺的工作状态，用光波发射器、光波采集器监测波状回路光纤工作性态，待上述工序完成之后，未发现异常情况下，将各部件恢复到原初始位置；

第2步，在土石结合区域中，开挖与通底竖井形状结构类似的凹槽，调整通底竖井与土石结合区域间的平衡，用校正牵引绳下放锥形钻头、变位台及护底凸台，在下降到指定位置后，拧固栓微调双侧四根校正牵引绳使变位台、锥形钻头处于水平平衡位置，将同速张拉绳缠绕到螺纹柱处，将事先安装好的拉压弹簧与刻度台上的竖向测尺铰接，将已经安装到光纤挂桶的波状回路光纤引出到光波发射器及光波采集器处；

第3步，操纵控制器，通过电机正反转带动驱动轴转动从而通过螺纹带动五级活塞水平推动持力圆塞水平移动，从而带动钻头外连管向前推动锥形钻头从通底竖井穿出，最终将锥形钻头不断深入通底竖井周围的土石结合区域内；

第4步，旋开两端对称分布的拧固栓，将四根校正牵引绳从中抽出，去除可能人为干扰因素，最大限度的保证监测装置与土石结合区域之间的协同变形，后进行实时监测及结果分析；

第5步，当一侧的拉压弹簧受到从该侧锥形钻头所传递的对应侧的沉降荷载时，对应侧竖向测尺监测到的该侧沉降变形量值为d₁，同时，当另一侧拉压弹簧受到从与其对应侧锥形钻头所传递的相应侧的沉降荷载时，相应的竖向测尺所监测到该侧的沉降变形量值为d₂，两侧的拉压弹簧之间的距离标为L，变形较小一侧的拉压弹簧与待测点Q的距离为M，则Q处的沉降量值为δ_Q＝d₂+(d₁-d₂)M/L，位于中间位置处C点的沉降变形量值为δ_C^K＝(d₁+d₂)/2，基于波状回路光纤所发生的瑞利散射和菲涅尔反射、布里渊散射等光信息的变化，监测到此刻变形量值为δ_C^O，初始变形量值为则对于同一中间位置所监测沉降差值的绝对值为|(δ_C^O_-δ_CI^O)_-δ_C^K|，为构建土石结合区域不均匀沉降的计算公式，定义不均匀沉降参量ω，且ω的表达式定义为基于本监测装置工作原理及上述推导，待测点Q处的最终沉降计算公式为δQF=(d2+(d1-d2)ML)+((d1-d2)ML*|(δCO-δCIO)-(d1+d2)2|/δCO).]]>