一种河道河床变形监测方法及装置与流程

1.本发明属于土工变形监测技术领域，具体涉及一种河道河床变形监测方法及装置。


背景技术：

2.随着我国城市地下轨道交通建设的飞速发展，涌现出大量的下穿河道的地铁工程，如兰州下穿黄河地铁线路，武汉下穿长江地铁线路，南京下穿长江地铁线路等。盾构下穿河道时，隧洞上覆土深度变薄，不利于顶部土层成拱，可能导致隧洞上浮，河底冒顶，河底大面积坍塌等重大工程事故。地铁盾构在施工过程中不可避免地会引起地层的扰动，引起地层变形以及地面沉降，尤其是下穿河道过程中，因此对其顶部土层的沉降变形监测非常重要。
3.为保证盾构下穿河道施工过程中上覆土层的整体安全以及预测施工后的沉降，需要在施工期进行监测工作，沉降观测是其中的一项主要内容。因此沉降观测的精度是保证施工质量的重要前提。沉降观测一般采用水准测量，由于水流冲击、河底淤泥等多种因素的影响，沉降标在施工过程中会发生倾斜，对沉降观测结果产生影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种河道河床变形监测方法及装置，有效消除沉降标倾斜对沉降值产生的影响。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种河道河床变形监测装置，包括测杆，测杆的底部通过沉降板设置在钢筋笼内，钢筋笼内设置有配重块，测杆上设置有刻度盘，刻度盘上方的测杆上对应刻度盘设置有指针，指针上方的测杆上设置有水准管，测杆的顶部设置有棱镜，钢筋笼的下部竖向设置有竖向钢筋，竖向钢筋设置在河床上，导流板设置在测杆的迎水面。
7.具体的，水准管为u型结构，导流板的横截面为三角形，两者均通过环氧树脂胶固定在测杆上。
8.具体的，水准管的两端均设置有盖子。
9.进一步的，盖子的中间开有气孔。
10.具体的，沉降板的下部与钢筋笼焊接连接。
11.具体的，指针的端部设置有指引标记。
12.本发明的另一技术方案是，一种河道河床变形监测方法，利用河道河床变形监测装置，包括以下步骤：
13.s1、根据棱镜确定放样点与观测点的距离，根据水流作用大小，在钢筋笼里放置相应的配重块，将竖向钢筋插入河床中；
14.s2、在盾构机下穿河道的施工过程中，利用全站仪测量测杆的标高变化，得到现场测量的沉降量h
现
；
15.s3、当测杆发生倾斜时，现场测量的沉降量大于实际的沉降量，根据指针在刻度盘上指示的刻度值，换算出由于倾斜产生的沉降量δh，计算测杆实际产生的沉降量h
实
，根据沉降量获知河道河床在施工过程中的沉降变形情况。
16.具体的，步骤s3中，现场测的沉降值h
现
为：
17.h
现
＝h
实
δh
18.其中，h
实
为倾斜标实际的沉降值，δh为倾斜标发生倾斜产生的沉降值。
19.进一步的，测杆发生倾斜产生的沉降值δh计算如下：
20.δh＝l*(1-cosφ)
21.其中，l为测杆的测杆长度，φ为测杆倾斜角度。
22.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
23.本发明一种河道河床变形监测装置，在沉降板处设置方型结构的钢筋笼，钢筋笼里面根据情况可以放置配重块，钢筋笼下焊接一根竖向钢筋，可以牢固的将倾斜标固定在河床上，能够方便准确的用于测量河道河床沉降变形，并可以测量到倾斜标自身的倾斜角度，为消除由于沉降标自身倾斜引起河床河道沉降变形值产生的误差提供了便利，水准管固定在倾斜标杆上方，用于保证安装时倾斜标的垂直度。
24.进一步的，水准管为u型结构，便于观察两侧的水位，保证安装时倾斜标处于竖直状态。
25.进一步的，水准管两端均设置有盖子，用于防止水准管内部的水摇晃出来。
26.进一步的，盖子的中间开有气孔，用于保证内外大气压强一致。
27.进一步的，沉降板的下部与钢筋笼焊接连接，保证监测时候装置的稳定性。
28.进一步的，指针通过螺栓铰接在倾斜标杆上，有且仅有在平行于刻度盘的平面自由摆动的一个自由度，用于保证当测杆在测试过程中出现倾斜时，指出刻度盘上相应的刻度。
29.一种河道河床变形监测方法，s1、根据棱镜确定放样点与观测点的距离，根据水流作用大小，在钢筋笼里放置相应的配重块，将竖向钢筋插入河床中；s2、在盾构机下穿河道的施工过程中，利用全站仪测量测杆的标高变化即现场测量的沉降量h
现
。s3、当测杆发生倾斜时，现场测量的沉降量大于实际的沉降量，根据指针在刻度盘上指示的刻度值，换算出由于倾斜产生的沉降量即δh，从而计算测杆实际产生的沉降量h
实
，根据沉降量获知河道河床在施工过程中的沉降变形情况。水准测量过程中，由于水流冲击、河底淤泥等因素的影响，沉降标在盾构下穿河道的施工过程中会发生倾斜，导致测量结果误差较大。采用本监测的方法和装置可以改善由于倾斜标倾斜对沉降值的影响
30.进一步的，盾构机下穿河道过程中，隧洞上覆土的深度变薄，不利于顶部土层成拱，不可避免地会引起地层的扰动，引起地层变形以及地面沉降，因此需要在盾构下穿河道的施工过程中，对其顶部土层的沉降变形进行长期监测。
31.进一步的，观测人员按照《盾构法隧道施工验收规范》(gb 50446-2008)规定的频率现场测得的沉降值h
现
，结合观测的倾斜角度计算出该处土层实际产生的沉降变形量，以确保盾构施工顺利进行。
32.进一步的，根据测杆发生倾斜产生的沉降值δh，从而修正观测得到的沉降变形值h
现
，得出测杆该处土层实际产生的沉降变形量，确保施工的顺利进行。
33.综上所述，本发明可以消除传统水准测量中测杆发生倾斜，测得的沉降变形值误差较大；消除了传统测杆由于水流、河底淤泥等因素的影响产生移位，导致实际观测点的土层沉降变形值出现误差的影响。
34.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
35.图1为本发明监测计算原理图；
36.图2为本发明监测装置结构示意图；
37.图3为本发明u型管的盖子上视图。
38.其中：1.竖向钢筋；2.沉降板；3.钢筋笼；4.测杆；5.刻度盘；6.指针；7.水准管；8.棱镜；9.导流板；10.配重块；11.盖子；12.气孔。
具体实施方式
39.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。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
43.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
44.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
45.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于
制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
46.本发明提供了一种河道河床变形监测方法，包括以下步骤：
47.s1、根据棱镜8确定监测点与观测点的距离，根据水流作用大小，在钢筋笼3里放置相应的配重块，水流较快时，配重块多放；水流较慢时，配重块可以少放，起到稳固倾斜标的作用；将竖向钢筋1插入河床中，防止测杆4移动位置；
48.s2、在盾构机下穿河道的施工过程中，不可避免地会引起地层的扰动，引起地层变形以及地面沉降，利用全站仪测量测杆的沉降变化即现场测量的沉降量h
现
；
49.s3、当测杆4发生倾斜时，现场测量的沉降量大于实际的沉降量，消除由于倾斜标倾斜产生的沉降量提高准确性，根据指针6在刻度盘5上指示的刻度值，换算由于倾斜产生的沉降量，计算测杆4实际产生的沉降量即该处土层的沉降变形值，从而实现河道河床沉降变形监测。
50.请参阅图1，现场测的沉降值h
现
为：
51.h
现
＝h
实
δh
52.其中，h
实
为倾斜标实际的沉降值，δh为倾斜标发生倾斜产生的沉降值。
53.通过几何关系得出指针6所指刻度对应的圆心角为测杆4的倾斜角度，计算测杆4发生倾斜产生的沉降值δh如下：
54.δh＝l*(1-cosφ)
55.其中，l为测杆的测杆长度，φ为测杆倾斜角度。
56.水流对于倾斜沉降标倾斜角度的影响可以由以下公式推导得出：
57.ft＝m(v
2-v1)
[0058]-ft＝ρvts(0-v)
[0059]
f＝ρv2s
[0060]
其中，f代表单位时间作用在测杆上的水流力，m代表t时间内水的质量，ρ代表水的密度，v代表水的速度，t代表作用时间，s代表水与测杆的接触面积。
[0061][0062]
其中，h代表水深，y代表距离a端的距离，d代表测杆宽度。
[0063]
a端支反力：
[0064][0065]
a端弯矩：
[0066][0067]
任意位置水流对a端的弯矩：
[0068]
[0069][0070][0071]
由于，a端为固定端，所以
[0072][0073][0074][0075][0076]
表1流速和水深对沉降标倾斜角度和沉降量的影响
[0077]
[0078][0079]
注：θ为倾斜角度，w为沉降标在水平方向的挠度。
[0080]
根据上表可以得出，河水流速以及水深的因素对沉降标的倾斜角度影响不大，对沉降标的倾斜角度影响主要来自于河底淤泥的不稳定性造成的底座的倾斜。
[0081]
请参阅图2，本发明一种河道河床变形监测装置，包括竖向钢筋1、沉降板2、钢筋笼3、测杆4、刻度盘5、指针6、水准管7、棱镜8和导流板9。
[0082]
沉降板2设置在钢筋笼3上，测杆4竖直设置在沉降板2上，测杆4上设置有刻度盘5，刻度盘5上设置有指针6，水准管7设置在指针6的上方，棱镜8设置在测杆4顶部，导流板9设置在测杆4的迎水面。
[0083]
钢筋笼3的下部焊接有竖向钢筋1，钢筋笼3为方型结构，上部设置有开口。
[0084]
请参阅图3，水准管7为u型结构，通过环氧树脂胶固定在测杆4上，用于保证水平安装倾斜标，水准管7的两端配套设置盖子10，盖子10的中间留有气孔11。
[0085]
刻度盘5通过环氧树脂胶固定在测杆4上，刻度盘上刻有40个等角度的刻度线。
[0086]
指针6的针尖处涂有红色油漆；指针6通过螺栓铰接在测杆4上，有且仅有在平行于刻度盘5的平面自由摆动的一个自由度。
[0087]
导流板9的横截面为三角形，通过环氧树脂胶固定在测杆4的迎水面上。
[0088]
综上所述，使用本发明的河道河床变形监测用倾斜标进行河道河床沉降变形监测时，可以便于操作人员根据水准管确保安装倾斜标的垂直度，在测量过程中根据刻度盘的读数，即可计算出由于沉降标倾斜产生的沉降影响量，导流板可以减弱迎水面由于水压作用对测杆挠度的影响，从而保证沉降观测的精度。
[0089]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。