[发明专利]一种隧道大高程差沉降测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及隧道沉降测量技术领域，特别是一种隧道大高程差沉降测量系统。

背景技术

沉降监测是建筑物变形监测中的一项重要监测内容，沉降监测采用合理的仪器和方法测量建筑物在垂直方向上高程的变化量，通过布设监测点的沉降来体现的。定期准确对监测点进行沉降测量，可计算监测点的累积沉降量、沉降差、平均沉降速率并进行分析和预测趋势，可进一步计算局部相对倾斜、挠度等。

精密水准测量精度高，方法简便，是沉降监测的最常用方法，该方法受观测环境影响小，但受人为测量影响，只能做定期人工测量。常规的有精密水准仪、电子水准仪以及相对应等级要求的标尺。针对水准路线线况较差，水准测量实施将变得很困难，利用电磁波测距的精密三角高程测量在沉降测量中得到应用，同样受人为测量影响，也只能做定期人工测量，上面两种技术基本上基于施工前后期测量比较，适用于大沉降的测量，以及后期做定期的测量，无法满足后期自动实时的监测。

液体的静力水准测量也称为连通管测量，是利用相互连通，且静力平衡时的液面进行高程传递的测量方法。使用静力水准仪的特点是可以实时测量，很适合建筑完工稳定后的小量程测量，但在布设各静力水准仪时要求液面一致，针对大高程差的环境下，需要多个静力水准仪来进行基准的传递。

目前隧道沉降的实时在线检测通常由静力水准仪来完成，使用连通管将各静力水准仪连接起来，要使得各静力水准仪的液面高度一致。但由于隧道内地质结构的复杂，高程起伏较大，内部空间有限，很难满足各液面在一个等高面，且对于距离稍长百米以上的隧道，需要布设多个静力水准仪，硬件设施结构复杂，工程实施难道加大，且测量精度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：在对隧道等内部空间受限的环境进行沉降测量时，利用压力补偿手段，使得液体压力传感器无需调整为液面高度一致，减少过多相对基准的传递，同时不受测量点高程限制，降低测量难度。

本发明采取的技术方案具体为：一种隧道大高程差沉降测量系统，包括盛装有液体的液源水箱，1个以上液体压力传感器，以及连通液源水箱与各液体压力传感器的连通管；

上述各液体压力传感器包括壳体和一个以上程差块；定义壳体底部连接连通管的部位为通液口，通液口连接有排气阀；壳体内底部、通液口上方压覆有弹性压敏元件，程差块放置于弹性压敏元件上。

本发明设计原理为：利用在弹性压敏元件上放置程差块来补偿弹性压敏元件上下压力差，从而使得在沉降测量过程中，传感器的安置不需要等液面安装，能够适用于大高程差的相对沉降测量环境中。本发明所述程差块为具有一定质量的块状物，程差块的数量可设置为多个，在液体压力传感器布置时，通过放置程差块抵消液体高度差所产生的附加压力，使得弹性压敏元件上下压力处于平衡状态。测量时，当某点有沉降时，此点液体压力传感器相对于液源箱的液体高度差即发生变化，此时弹性压敏元件上下压力差发生变化则输出相应的压力差信号，即可进一步得到沉降量。弹性压敏元件可采用现有产品，如以弹性膜片为基础延伸出的电容式、电阻式、光学式等压力传感器。

当高处的液源与某处的压力传感器高程差为H，该压力传感器上面加了N个程差块（质量为ｍ），这时候在敏感元件处受到的上下压差为ρｇH－Nｍｇ/S，其中S为弹性压敏元件的受压面积，当该压力传感器处的高程下沉ΔH时，此时敏感元件处受到的上下压差为ρｇ（H＋ΔH）－Nｍｇ/S，可以看出压力敏感元件输出的信号变化和沉降量有对应的关系，经检测弹性压敏元件输出的压力差信号即可获得沉降量。

本发明中程差块的质量可根据需要设定定值，定义相邻两液体压力传感器之间最小程差为h，弹性压敏元件的受压面积为s，ρ为液体的密度，上述程差块的质量m为：m=ρhS。为保持产品的一致性，各液体压力传感器在布置位置时，可按照上述设定的最小程差h的整数倍来设置，使得各液体压力传感器与液源箱之间的高程差，是最小程差h的整数倍，即仅通过增减相同质量的多个程差块，使得各液体压力传感器中弹性压敏元件上下压力平衡。

进一步的，本发明中弹性压敏元件可采取焊接、粘附等密封方式，为了使得密封更加可靠，弹性压敏元件下部受压均匀，弹性压敏元件覆盖壳体内底面；同时，为了使得弹性压敏元件上部受压均匀，程差块为厚度均匀的板状，覆盖通液口上方的弹性压敏元件。