一种地下工程运行安全性的监控方法和监控系统

摘要

本发明提出了一种地下工程运行安全性的监控方法和监控系统，包括位移传感器，位移传感器包括定位外壳，定位外壳内设有监测本体，监测本体包括压力承载机构、展开释放机构，所述压力承载机构至少为两个，用以解决使用压力传感器判断土层沉降的技术问题。

权利要求

1.一种地下工程运行安全性的监控系统，包括位移传感器，其特征在于，所述位移传感器包括定位外壳，所述定位外壳内设有用于监测土层沉降的监测本体，所述监测本体包括压力承载机构、展开释放机构，所述压力承载机构至少为两个；所述压力承载机构包括套筒，所述套筒周向设有限位槽，所述限位槽转动卡设有托板，所述套筒上端固定设有驱动齿轮，所述托板垂直于其上表面设有转动轴，所述转动轴转动设有从动齿轮，所述从动齿轮设有承载板以在其转动时将承载板伸出定位外壳外侧，所述定位外壳设有用于避让承载板伸出的避让孔，所述驱动齿轮与从动齿轮啮合，所述托板与从动齿轮之间设有压力传感器，所述托板设有止转凸起，所述定位外壳内壁设有与止转凸起配合的止转槽；所述展开释放机构包括用于驱动套筒转动的传动轴，所述传动轴一端设有动力装置以驱动传动轴转动，所述动力装置与定位外壳固定连接。

2.根据权利要求1所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述传动轴设有传动座，所述传动座设有导向套，所述导向套沿传动轴的延伸方向滑动设有顶推杆，所述顶推杆与导向套之间设有第一弹性件，所述顶推杆连接有主卡接环，所述主卡接环设有主卡接齿，所述套筒外周套设有副卡接环，所述副卡接环设有副卡接齿，所述主卡接齿、副卡接齿倾斜设置且两者倾斜方向相反以相互配合卡接传动，所述套筒设有内螺纹、传动轴设有与内螺纹螺纹配合的外螺纹，所述托板位于副卡接环的上方，所述副卡接环位于主卡接环的上方。

3.根据权利要求2所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述从动齿轮与压力传感器之间设有第二弹性件。

4.根据权利要求3所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述传动座设有锁紧螺栓以限制传动座与传动轴的相对转动。

5.根据权利要求4所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述第一弹性件、第二弹性件均为螺旋压缩弹簧。

6.根据权利要求5所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述定位外壳一端设有便于刺入土层的尖头、另一端设有用于穿装螺栓以将其固定的固定孔。

7.根据权利要求6所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述定位外壳为圆筒状。

8.根据权利要求7所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，所述承载板为弧形板状，动力装置为电机。

9.一种地下工程运行安全性的监控方法，该监控方法采用如权利要求1‑8 任意一项所述的地下工程运行安全性的监控系统，其特征在于，包括以下步骤：（1）在预放置位移传感器的位置进行预打孔，预打孔的孔径略小于定位外壳的外径以使预打孔可以对定位外壳具有一定的加持力；

（2）将位移传感器钉入预打孔内，启动电机顺时针转动，此时电机依次带动传动轴、主卡接环转动、副卡接环、套筒转动，驱动齿轮与套筒同步转动并驱动从动齿轮转动以使承载板转动伸出定位外壳的外侧，完成承载板的展开；

（3）启动电机逆时针转动，此时电机使传动轴、套筒两者相对反向转动，又因为传动轴、套筒两者螺纹连接，故传动轴顶推套筒向上运动，使承载板与其上方的土层抵压的更加紧密以完成对于位移传感器的安装；

（4）根据压力传感器压力变化测定承载板上方土层的沉降位移。

说明书

一种地下工程运行安全性的监控方法和监控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地下工程运行安全性的监控方法和监控系统。

背景技术

[0002] 隧道安全运行的条件之一即为避免塌方，而塌方其中一个原因是因为隧道上方的土层沉降导致隧道顶部承受过大的压力而坍塌，故通过侦测隧道上方的土层沉降程度可以
有效预测隧道顶部塌方的可能性，为隧道顶部塌方提供超前性的预测，为险情预处理提供
了充足时间。

[0003] 现有技术中，测量位移的位移传感器通常使用激光光束偏移的距离来测量隧道顶部表面的偏移，然而一旦隧道顶部表面出现偏移，那么塌方事故很可能紧随之发生，即隧道
顶部表面出现偏移与塌方之间时间间隔较小，不能为抢险修复提供充足的时间。

[0004] 现有技术中公开了名称为“一种用于监测隧道岩体塌方的报警系统”、包括位移传感器、显示单元、处理单元、数据存储单元、语音输出单元和警示灯输出单元；位移传感器将
围岩位移信息传送到处理单元进行分析和预测处理，后将预测的围岩位移信息同围岩状态
判别信息进行比较；处理单元再将不同的围岩状态信息转化为不同灯光的控制信号发送到
警示灯输出单元进行围岩状态的灯光显

[0005] 示；当预测的围岩位移信息超过设定警戒值则处理单元向语音输出单元发出控制指令进行语音报警；并采用差异进化支持向量机的时间序列模型及时地对数据进行分析预
测的方法。其技术方案没有公开如何侦测隧道上方土层的沉降侦测方式，故其不能通过侦
测隧道上方的土层沉降程度有效预测隧道顶部塌方的可能性。

发明内容

[0006] 本发明提出一种地下工程运行安全性的监控方法和监控系统，以解决使用压力传感器判断土层沉降的技术问题。

[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：一种地下工程运行安全性的监控系统，包括位移传感器，所述位移传感器包括定位外壳，所述定位外壳内设有用于监测土层沉降的监测
本体，所述监测本体包括压力承载机构、展开释放机构，所述压力承载机构至少为两个；所
述压力承载机构包括套筒，所述套筒周向设有限位槽，所述限位槽转动卡设有托板，所述套
筒上端固定设有驱动齿轮，所述托板垂直于其上表面设有转动轴，所述转动轴转动设有从
动齿轮，所述从动齿轮设有承载板以在其转动时将承载板伸出定位外壳外侧，所述定位外
壳设有用于避让承载板伸出的避让孔，所述驱动齿轮与从动齿轮啮合，所述托板与从动齿
轮之间设有压力传感器，所述托板设有止转凸起，所述定位外壳内壁设有与止转凸起配合
的止转槽；所述展开释放机构包括用于驱动套筒转动的传动轴，所述传动轴一端设有动力
装置以驱动传动轴转动，所述动力装置与定位外壳固定连接。

[0008] 进一步的，所述传动轴设有传动座，所述传动座设有导向套，所述导向套沿传动轴的延伸方向滑动设有顶推杆，所述顶推杆与导向套之间设有第一弹性件，所述顶推杆连接
有主卡接环，所述主卡接环设有主卡接齿，所述套筒外周套设有副卡接环，所述副卡接环设
有副卡接齿，所述主卡接齿、副卡接齿倾斜设置且两者倾斜方向相反以相互配合卡接传动，
所述套筒设有内螺纹、传动轴设有与内螺纹螺纹配合的外螺纹。

[0009] 进一步的，所述从动齿轮与压力传感器之间设有第二弹性件。

[0010] 进一步的，所述传动座设有锁紧螺栓以限制传动座与传动轴的相对转动。

[0011] 进一步的，所述第一弹性件、第二弹性件均为螺旋压缩弹簧。

[0012] 进一步的，所述定位外壳一端设有便于刺入土层的尖头、另一端设有用于穿装螺栓以将其固定的固定孔。

[0013] 进一步的，所述定位外壳为圆筒状。

[0014] 进一步的，所述承载板为弧形板状，动力装置为电机。

[0015] 一种地下工程运行安全性的监控方法，该监控方法采用上述任意一项所述的地下工程运行安全性的监控系统，包括以下步骤：

[0016] （1）在预放置位移传感器的位置进行预打孔，预打孔的孔径略小于定位外壳的外径以使预打孔可以对定位外壳具有一定的加持力；

[0017] （2）将位移传感器钉入预打孔内，启动电机顺时针转动，此时电机依次带动传动轴、主卡接环转动、副卡接环、套筒转动，驱动齿轮与套筒同步转动并驱动从动齿轮转动以
使承载板转动伸出定位外壳的外侧，完成承载板的展开；

[0018] （3）启动电机逆时针转动，此时电机使传动轴、套筒两者相对反向转动，又因为传动轴、套筒两者螺纹连接，故传动轴顶推套筒向上运动，使承载板与其上方的土层抵压的更
加紧密以完成对于位移传感器的安装；

[0019] （4）根据压力传感器压力变化测定承载板上方土层的沉降位移。

[0020] 采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：本发明的地下工程运行安全性的监控系统在隧道上方的土层沉降后，承载板所受到的压力急剧增大，而压力传感器所承受的
压力同步增大，故可通过压力传感器输出压力数据判定是否沉降或塌陷。

[0021] 进一步的，本发明的地下工程运行安全性的监控系统的压力承载机构设置有可展开的承载板，只需要在位移传感器到达指定位置处即可展开，避免了位移传感器安装过程
中的阻碍，提高安装效率。

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图1为本发明位移传感器的结构示意图；

[0024] 图2为本发明监测本体的结构示意图；

[0025] 图3为本发明监测本体去除压力承载机构的结构示意图；

[0026] 图4为图2中I处放大图；

[0027] 图5为图3中II处放大图；

[0028] 图6为本发明压力承载机构的结构示意图；

[0029] 图7为本发明压力承载机构的另一角度的结构示意图；

[0030] 图8为本发明压力承载机构的正视图。

具体实施方式

[0031] 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，所描述的实施例仅仅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。

[0032] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，术语“第一”、“第二”、
“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0033] 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。

[0034] 一种地下工程运行安全性的监控系统实施例1，如图1‑8所示，包括位移传感器，位移传感器包括定位外壳1，定位外壳内设有用于监测土层沉降的监测本体2，监测本体包括
压力承载机构3、展开释放机构4，压力承载机构至少为两个；压力承载机构包括套筒5，套筒
周向设有限位槽6，限位槽转动卡设有托板7，套筒上端固定设有驱动齿轮8，托板垂直于其
上表面设有转动轴9，转动轴转动设有从动齿轮10，从动齿轮设有承载板11以在其转动时将
承载板伸出定位外壳外侧，定位外壳设有用于避让承载板伸出的避让孔12，驱动齿轮与从
动齿轮啮合，托板与从动齿轮之间设有压力传感器13，托板设有止转凸起14，定位外壳内壁
设有与止转凸起配合的止转槽（图中未显示）；展开释放机构包括用于驱动套筒转动的传动
轴15，传动轴一端设有动力装置16以驱动传动轴转动，动力装置与定位外壳固定连接。

[0035] 一种地下工程运行安全性的监控系统实施例2，如图1‑8所示，包括位移传感器，位移传感器包括定位外壳1，定位外壳内设有用于监测土层沉降的监测本体2，监测本体包括
压力承载机构3、展开释放机构4，压力承载机构至少为两个；压力承载机构包括套筒5，套筒
周向设有限位槽6，限位槽转动卡设有托板7，套筒上端固定设有驱动齿轮8，托板垂直于其
上表面设有转动轴9，转动轴转动设有从动齿轮10，从动齿轮设有承载板11以在其转动时将
承载板伸出定位外壳外侧，定位外壳设有用于避让承载板伸出的避让孔12，驱动齿轮与从
动齿轮啮合，托板与从动齿轮之间设有压力传感器13，托板设有止转凸起14，定位外壳内壁
设有与止转凸起配合的止转槽（图中未显示）；展开释放机构包括用于驱动套筒转动的传动
轴15，传动轴一端设有动力装置16以驱动传动轴转动，动力装置与定位外壳固定连接，传动
轴设有传动座17，传动座设有导向套18，导向套沿传动轴的延伸方向滑动设有顶推杆（图中
未显示），顶推杆与导向套之间设有第一弹性件20，第一弹性件20套设于顶推杆外周，顶推
杆连接有主卡接环21，主卡接环设有主卡接齿22，套筒外周套设有副卡接环23，副卡接环设
有副卡接齿24，主卡接齿、副卡接齿倾斜设置且两者倾斜方向相反以相互配合卡接传动，套
筒设有内螺纹25、传动轴设有与内螺纹螺纹配合的外螺纹26。当主卡接齿相对副卡接齿逆
时针转动时，此时主卡接齿在副卡接齿倾斜斜面的抵推下向下运动以使主卡接齿与副卡接
齿脱离啮合，而可在导向套上滑动的顶推杆下降以为主卡接齿与副卡接齿脱离啮合提供竖
直方向的让位空间。多个压力承载机构3可以测量不同深度土层的沉降程度，以得出隧道上
方土层沉降的整体程度。

[0036] 一种地下工程运行安全性的监控系统实施例3，与实施例1‑2不同的是，从动齿轮与压力传感器之间设有第二弹性件27，传动座设有锁紧螺栓28以限制传动座与传动轴的相
对转动。

[0037] 一种地下工程运行安全性的监控系统实施例4，与实施例1‑3不同的是，第一弹性件、第二弹性件均为螺旋压缩弹簧，定位外壳一端设有便于刺入土层的尖头28、另一端设有
用于穿装螺栓以将其固定的固定孔29，定位外壳为圆筒状，承载板为弧形板状，动力装置为
电机。

[0038] 一种地下工程运行安全性的监控方法实施例，该监控方法采用上述任意一项所述的地下工程运行安全性的监控系统，包括以下步骤：

[0039] （1）在预放置位移传感器的位置进行预打孔，预打孔的孔径略小于定位外壳的外径以使预打孔可以对定位外壳具有一定的加持力；

[0040] （2）将位移传感器钉入预打孔内，启动电机顺时针转动，此时电机依次带动传动轴、主卡接环转动、副卡接环、套筒转动，驱动齿轮与套筒同步转动并驱动从动齿轮转动以
使承载板转动伸出定位外壳的外侧，完成承载板的展开；

[0041] （3）启动电机逆时针转动，此时电机使传动轴、套筒两者相对反向转动，又因为传动轴、套筒两者螺纹连接，故传动轴顶推套筒向上运动，使承载板与其上方的土层抵压的更
加紧密以完成对于位移传感器的安装；

[0042] （4）根据压力传感器压力变化测定承载板上方土层的沉降位移。

[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。