用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移装置及方法

本发明属于隧道工程试验监测，具体是用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移装置及方法。

背景技术：

1、隧道支护结构作为确保隧道安全稳定的关键技术，其研究具有重要意义，而模型试验作为研究隧道支护结构行为的有效手段，对于理解和预测隧道在不同地质条件和施工工艺下的响应至关重要。在模型实验中，不同工况下，应力、应变和位移等基本数据是分析隧道支护结构应力分布和变形程度，判断其受荷状态和破坏阶段的核心依据，而其中位移的变化情况更是隧道的安全性、稳定性评估的关键参数，因此对其进行准确、高效的试验监测具有重要意义。

2、当前在各类隧道模型试验中需要监测支护结构收敛位移时，多采用位移计设在隧道结构外侧或埋置于土体上部的方案，埋设过程繁琐耗时且监测结果容易受到埋设效果的影响，为试验操作带来极大不便，因此现提出一种用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移的新型监测装置及方法。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移装置及方法，解决了现有隧道模型试验中需要监测支护结构收敛位移时，多采用位移计设在隧道结构外侧或埋置于土体上部的方案，埋设过程繁琐耗时且监测结果容易受到埋设效果的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移装置，包括模型箱与两个支撑组件，还包括设置于所述模型箱内部的隧道衬砌，滑动于一端所述支撑组件的顶部与隧道衬砌对接的测量组件，连接于所述测量组件外部的对接组件，套设于所述对接组件内部且贯穿隧道衬砌对其监测的监测组件，滑动于另一端所述支撑组件顶部用于固定监测组件的调整组件，所述监测组件通过测量组件与隧道衬砌保持同心轴；

3、所述测量组件包括滑动于所述支撑组件顶部的连接杆，装配于所述连接杆的顶部用于监测组件是否与隧道衬砌为同心轴的激光发射设备；

4、所述对接组件包括套设于所述激光发射设备外部的连接架，连接于所述连接架一端用于承接监测组件的支撑球轴，安装于所述支撑球轴外部的限位板，所述支撑球轴中部开设有贯穿孔洞；

5、所述监测组件包括套设于所述支撑球轴孔洞内部的固定横杆，套设于所述固定横杆外部的监测支座，装配于所述监测支座外部的位移计，所述监测支座外部环形阵列开设有供位移计卡合的凹槽，所述固定横杆为空心结构。

6、优选地，所述测量组件还包括环形阵列于所述激光发射设备外部的四个弹簧伸缩杆，安装于四个所述弹簧伸缩杆一端的连接板，连接于相邻两个所述连接板之间的伸缩连接杆，固装于所述连接板另一端的对接板。

7、优选地，推动所述测量组件向一端滑动，沿着一端所述支撑组件顶部滑动，同时向外端拉动连接板，通过伸缩连接杆使四个连接板与四个对接板同步向外端扩大。

8、优选地，四个所述对接板均呈半圆弧状；

9、拉动连接板向外端扩大拉伸弹簧伸缩杆，四个对接板同步扩大，即可套设于所述隧道衬砌一端，通过四个对接板与隧道衬砌四周卡合，使激光发射设备与隧道衬砌为同心轴。

10、优选地，两个所述支撑组件包括竖向弹簧伸缩支撑杆，设置于所述竖向弹簧伸缩支撑杆顶部的引导轨，滑动于所述引导轨的顶部与连接杆对接的活动板，安装于所述竖向弹簧伸缩支撑杆外部的支撑板，螺纹贯穿于所述支撑板外部的推动杆，活动安装于所述推动杆顶部的调整限位板，所述调整限位板呈凹凸状。

11、优选地，所述测量组件移动带动活动板沿着引导轨顶部向一端滑动完成后，通过推动杆上移推动调整限位板与活动板底部接触对测量组件进行限位。

12、优选地，根据所述隧道衬砌监测需求，选择合适数量位移计并卡接于监测支座外部凹槽中，所述监测支座套设于所述固定横杆外部，固定横杆贯穿隧道衬砌一端套设于连接架内部。

13、优选地，手持所述固定横杆另一端对其微调，启动激光发射设备发出红外光，红外光贯穿连接架与固定横杆此时固定横杆与隧道衬砌为同心轴。

14、优选地，所述调整组件包括固装于另一端所述活动板顶部的固定板，设置于所述固定板侧部的透明软橡胶垫；

15、所述固定横杆与隧道衬砌为同心轴，激光发射设备发出红外光贯穿固定横杆照射至固定板表面，推动所述固定板使透明软橡胶垫与固定横杆接触对监测组件进行限位。

16、本发明还提出了用于监测隧道支护结构模型断面收敛位移装置，包括以下步骤，

17、s1、安置好试验填土及隧道衬砌，将两个支撑组件固定于模型箱两侧，活动板沿着引导轨向一端滑动缩短测量组件与隧道衬砌的间距，同时向四周拉动连接板，通过伸缩连接杆使四个连接板带动对接板同步向外端移动，即可将四个对接板与隧道衬砌的一端卡合，使激光发射设备与对接组件位于隧道衬砌中心轴；

18、s2、通过旋转一端的支撑组件，推动杆向上推动调整限位板与活动板底部接触，通过调整限位板使活动板与竖向弹簧伸缩支撑杆保持垂直，从而使激光发射设备、对接组件与隧道衬砌的中心轴更加精准；

19、s3、根据试验隧道衬砌结构尺寸和监测需求确定监测断面数量，准备对应数量的位移计，位移计套设于监测支座外部卡槽中，监测支座套至固定横杆上的指定位置，固定横杆贯穿隧道衬砌一端套设于支撑球轴孔洞内，手持固定横杆另一端，启动激光发射设备使其发出红外线，通过转动固定横杆以支撑球轴为中轴转动，直至红外光贯穿支撑球轴与固定横杆照射至透明软橡胶垫上，此时推动另一端活动板使透明软橡胶垫与固定横杆另一端接触并对其挤压限位，同时向上推动另一端支撑组件对调整组件进行固定；

20、s4、通过数据导线连接至实验用计算机所有位移计清零，进行模型试验的模拟过程，通过位移计实时记录隧道衬砌结构各测点的位移变化数据；

21、s5、中心对称形断面条件下，所有位移计探针均可保证与隧道衬砌内壁垂直，读取数据即为实际位移量，根据每个监测支座的各位移数据即可分析整个断面的收敛情况。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

23、本发明根据试验隧道衬砌结构尺寸和监测需求确定监测断面数量，准备对应数量的位移计，位移计套设于监测支座外部卡槽中，监测支座套至固定横杆上的指定位置，固定横杆贯穿隧道衬砌一端套设于支撑球轴孔洞内，手持固定横杆另一端，启动激光发射设备使其发出红外线，通过转动固定横杆以支撑球轴为中轴转动，直至红外光贯穿支撑球轴与固定横杆照射至透明软橡胶垫上，推动另一端支撑组件使透明软橡胶垫与固定横杆另一端接触并对其挤压限位，即可使固定横杆位于隧道衬砌圆心处，通过数据导线连接至实验用计算机实时记录隧道衬砌结构各测点的位移变化数据，从而提高隧道支护结构模型断面收敛位移监测的精准度；

24、本发明通过两个支撑组件固定于模型箱两侧，推动测量组件，使活动板沿着引导轨向一端滑动缩短测量组件与隧道衬砌一端的间距，同时四周拉动连接板，拉伸弹簧伸缩杆与伸缩连接杆，并通过伸缩连接杆使四个连接板带动对接板同步向外端移动，即可将四个对接板与隧道衬砌的一端卡合，使激光发射设备与对接组件位于隧道衬砌中心轴，提高监测隧道支护结构模型断面收敛位移监测的稳定性；

25、本发明通过旋转一端的支撑组件，推动杆向上推动调整限位板与活动板底部接触，通过调整限位板使活动板与竖向弹簧伸缩支撑杆保持垂直，从而使激光发射设备、对接组件与隧道衬砌的中心轴更加精准，同时避免测量组件与测量组件卡合过程中出现应力导致支撑组件、测量组件出现偏移影响监测数据。