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申请/专利权人：郑州大学

摘要：本发明公开了一种南水北调衬砌局部变形监测装置及方法，该监测装置包括支撑架，支撑架上设有两组测距机构，测距机构包括测距螺钉和刻度板，刻度板上设有用于供对应的测距螺钉穿过的中心孔，刻度板上设有若干沿环形排列的刻度线，各刻度线沿中心孔的径向延伸；在支撑架上间隔设有与测距螺钉相对应的竖向螺纹孔，刻度板的中心孔与对应的竖向螺纹孔同轴。采用本发明南水北调衬砌局部变形监测装置及方法能够有效监测干渠上两块衬砌板的变形差异，本发明提供的南水北调衬砌局部变形监测装置将测距螺钉一个螺距的高度对应转换为刻度板上360°范围内的读数，监测精度高；且螺钉底部与衬砌板之间为点接触，避免面接触由于接触不够紧密而造成的误差。

主权项：1.一种南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，包括支撑架，所述支撑架上设有两组测距机构，所述测距机构包括测距螺钉和刻度板，所述刻度板上设有用于供对应的所述测距螺钉穿过的中心孔，所述刻度板上设有若干沿环形排列的刻度线，各所述刻度线沿所述中心孔的径向延伸，所述测距螺钉上设有沿径向延伸的读数指针；在所述支撑架上间隔设有与所述测距螺钉相对应的竖向螺纹孔，所述刻度板固定在所述支撑架上，且所述刻度板的中心孔与对应的所述竖向螺纹孔同轴，所述支撑架包括基准梁和分别设于所述基准梁左右两侧的基座，所述基准梁的左右两端分别与对应的所述基座之间设有上下滑动结构，以及用于将所述基准梁固定在两个所述基座上不同高度的紧固部件，所述测距螺钉的底部为尖端，顶部设有圆盘状螺帽，所述圆盘状螺帽顶面上设有一字槽，所述读数指针为设置在所述圆盘状螺帽顶面上的刻痕，所述支撑架横跨衬砌板块之间的衬砌通缝，所述支撑架同时固定在所述衬砌通缝两侧的衬砌板块上，且所述测距机构分别设于所述衬砌通缝的两侧。

全文数据：南水北调衬砌局部变形监测装置及方法技术领域本发明涉及南水北调衬砌变形监测技术领域，具体涉及一种南水北调衬砌局部变形监测装置及方法。背景技术南水北调工程是我国为解决华北地区水资源紧缺进行的关键性跨流域调水工程，该工程由华南延伸到华北，跨越不同的气候带及地质带，分布范围广。南水北调工程的干渠路线上存在许多桥梁、隧道等上跨工程或下穿工程，为了保证南水北调干渠运营安全，在下穿、上跨干渠的工程施工过程中及工后一段时间内，必须对干渠的变形进行监测，以便及时预警，甚至停止下穿、上跨工程的施工，以确保干渠输水安全。在南水北调干渠通水后，其控制区范围不便进入，且监测工作不得对干渠的衬砌结构造成任何损伤，不得影响水质安全。迄今为止，还没有实施较为方便、精确的衬砌变形监测方法。发明内容本发明旨在提供一种南水北调衬砌局部变形监测装置及方法，解决现有技术中渠道衬砌变形后不便监测的技术问题。为解决上述技术问题，本发明的第一方面是：设计一种南水北调衬砌局部变形监测装置，包括支撑架，所述支撑架上设有两组测距机构，所述测距机构包括测距螺钉和刻度板，所述刻度板上设有用于供对应的所述测距螺钉穿过的中心孔，所述刻度板上设有若干沿环形排列的刻度线，各所述刻度线沿所述中心孔的径向延伸，所述测距螺钉上设有沿径向延伸的读数指针；在所述支撑架上间隔设有与所述测距螺钉相对应的竖向螺纹孔，所述刻度板固定在所述支撑架上，且所述刻度板的中心孔与对应的所述竖向螺纹孔同轴。优选的，所述支撑架包括基准梁和分别设于所述基准梁左右两侧的基座，所述基准梁的左右两端分别与对应的所述基座之间设有上下滑动结构，以及用于将所述基准梁固定在两个所述基座上不同高度的紧固部件。优选的，所述上下滑动结构包括设于所述基准梁对应端部的竖向滑槽和设于对应的所述基座上的竖向滑轨，所述竖向滑槽与所述竖向滑轨相匹配；所述基座上设有竖向长孔，所述基准梁上的对应部位设有横向紧固螺孔，所述紧固部件为用于穿过所述竖向长孔并拧在所述横向紧固螺孔上的横向紧固螺钉。优选的，所述基准梁为长方体形，所述基座包括槽状立板，所述基准梁的宽度略小于所述槽状立板的槽宽；所述槽状立板的底部设有底板。优选的，所述竖向螺纹孔设于所述基准梁上，所述刻度板的周边设有安装孔，且对应的所述竖向螺纹孔旁开设有连接螺孔，所述刻度板通过对应的竖向连接螺钉安装在所述基准梁上。优选的，所述测距螺钉的底部为尖端，顶部设有圆盘状螺帽，所述圆盘状螺帽顶面上设有一字槽，所述读数指针为设置在所述圆盘状螺帽顶面上的刻痕。优选的，所述刻度线为180根，所述刻度线在所述刻度板的中心孔的周向均匀排列；所述测距螺钉上的螺纹为单线螺纹，所述单线螺纹的螺距为1.5mm。本发明的第二方面是：一种利用上述衬砌局部变形监测装置进行南水北调衬砌局部变形监测的方法，包括如下步骤：（1）组装所述南水北调衬砌局部变形监测装置；（2）将组装好的所述南水北调衬砌局部变形监测装置安装在衬砌上，其中，所述支撑架横跨衬砌板块之间的衬砌通缝，所述支撑架同时固定在所述衬砌通缝两侧的衬砌板块上，且所述测距机构分别设于所述衬砌通缝的两侧；（3）衬砌变形差异监测：a.拧动所述测距机构上的测距螺钉向下移动，当所述测距螺钉的底端接触对应的衬砌板块的表面后，继续拧紧所述测距螺钉，使所述测距螺钉的底端顶紧对应的衬砌板块，记录所述测距螺钉上的读数指针在对应的所述刻度板上的读数分别为I1、I2；b.一段时间后，再次将两个所述测距螺钉拧紧，记录所述测距螺钉上的读数指针在对应的所述刻度板上的读数分别为F1、F2；（4）所述测距螺钉的螺距均为Kmm，则两个所述测距螺钉对应的衬砌板块的变形量分别为D1=（F1-I1）×K360mm、D2=（F2-I2）×K360mm，两个所述测距螺钉对应的衬砌板块的差异变形为D=D1-D2。优选的，所述步骤（1）具体包括：a.将所述测距机构中的刻度板对应安装在所述支撑架上，使所述刻度板上的中心孔与对应的所述竖向螺纹孔同轴；b.将所述测距机构中的所述测距螺钉拧入对应的所述竖向螺纹孔中。优选的，在所述步骤（2）中，两组所述测距机构相对于所述衬砌通缝对称。本发明的有益技术效果在于：1.本发明提供的渠道衬砌局部变形监测装置能够有效监测干渠上两块衬砌板的变形差异，即：由于基座既固定在待测渠道衬砌板上，又固定在待测渠道衬砌板上，因此，如果两个待测渠道衬砌板变形或沉降不同，则基准梁上的两个测距螺钉第二次向下拧时移动的距离的差值即可反应二者的沉降或变形差异。2.该衬砌局部变形监测装置体积小巧，便于携带，方便进入南水北调管理区域，且不会对衬砌造成损坏。3.本发明提供的衬砌局部变形监测装置将测距螺钉一个螺距的高度对应转换为刻度板上360°范围内的读数，监测精度高；且螺钉底部与衬砌板之间为点接触，避免面接触由于接触不够紧密而造成的误差。附图说明图1为南水北调干渠衬砌局部断面图；图2为南水北调干渠衬砌局部俯视图；图3为位于图1中A处的本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置的主视图；图4为本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置中刻度板的俯视图；图5为本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置中测距螺钉的俯视图；图6为本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置中基准梁的俯视图；图7为位于图2中B处的本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置的俯视图；图8为本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置中基座的立体图；图9为位于图1中A处的本发明一实施例南水北调衬砌局部变形监测装置的左视图。图中，各标号示意为：基座1、槽状立板101、底板102、竖向长孔2、竖向滑轨3、横向紧固螺钉4基准梁5、螺钉6、刻度板7、中心孔71、安装孔72、测距螺钉8、连接螺孔9、竖向螺纹孔10、圆盘状螺帽11、竖向滑槽12、横向紧固螺孔13、读数指针14、一字槽15、待测渠道衬砌板16、待测渠道衬砌板17、衬砌通缝18、齿墙19、双组份环氧结构胶20。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。实施例1：本实施例以监测南水北调的干渠衬砌变形为例（参阅图1至图9），南水北调干渠衬砌采用现浇混凝土板，复合土工膜防渗，相邻的现浇混凝土板之间预留2cm宽的缝隙。具体如图1和图2所示，图1为南水北调干渠衬砌局部断面图，图2为南水北调干渠衬砌局部俯视图，图中待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17均为现浇混凝土板，衬砌斜面的下部为渠道的齿墙19，混凝土板沿斜坡的长度为4m，图中待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17之间预留衬砌通缝18，衬砌通缝18上部填入2cm厚明渠专用聚硫密封胶止水，下部为聚乙烯闭孔泡沫塑料板隔缝。待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17所在的干渠处有上跨工程或下穿工程时，在上跨工程或下穿工程的影响下，待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17可能会发生沉降等变形现象，为此，需要监测待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17发生的变形差异，如果二者存在较大变形差异，衬砌通缝18处可能会密封失效而导致干渠漏水。如图3所示，本发明实施例南水北调衬砌局部变形监测装置包括支撑架，支撑架包括基准梁5和分别设于基准梁5左右两侧的基座1，在基准梁5上设有两组测距机构，测距机构包括测距螺钉8和刻度板7，刻度板7上设有用于供对应的测距螺钉8穿过的中心孔，在支撑架上间隔设有与测距螺钉8相对应的竖向螺纹孔10，刻度板7固定在基准梁5上，且刻度板7的中心孔与对应的竖向螺纹孔10同轴，测距螺钉8为M12的螺钉，中国国标细牙60°，其螺纹为单线螺纹，单线螺纹的螺距为1.5mm，即测距螺钉8转动一圈对应上下移动1.5mm，刻度板7上设有若干沿环形排列的刻度线，各刻度线沿中心孔的径向延伸，测距螺钉8上设有沿径向延伸的读数指针，通过读数指针读取测距螺钉8在周向转动圈数和角度，即可计算测距螺钉8上下移动的高度。如图4所示，本实施例中，刻度板7上设有180根刻度线，刻度板7的长宽均为80mm，刻度线在刻度板的中心孔71的周向均匀排列，相邻刻度线间隔2°，刻度线周围每间隔20°标记有度数值。如图5所示，测距螺钉8的顶部设有圆盘状螺帽11，圆盘状螺帽11厚度为5mm，直径为22mm，圆盘状螺帽11顶面上设有一字槽15，读数指针14为设置在圆盘状螺帽11顶面上的刻痕，并将该刻痕涂抹成红色，便于读数。进一步的，如图6所示，基准梁5整体为长方体形状，基准梁5采用铝合金制成，基准梁5宽240mm，长350mm，高50mm，两个竖向螺纹孔10间隔设置在基准梁5的上表面并沿基准梁5的高度方向贯通，在竖向螺纹孔10旁开设有两个连接螺孔9，如图4所示，刻度板7上对角线处设有两个安装孔72，如图7所示，将刻度板7放置在基准梁5的上表面，且通过螺钉6穿过安装孔72将刻度板7拧紧在连接螺孔9上，连接螺孔9与竖向螺纹孔10的位置关系使得刻度板7的中心孔71与对应的竖向螺纹孔10同轴。进一步的，基准梁5的左右两端分别与对应的基座1之间设有上下滑动结构，以及用于将基准梁5固定在两个基座1上不同高度的紧固部件，从而可调节基准梁5固定在两侧的基座1之间的不同高度处。具体的，如图8所示，基座1包括槽状立板101，槽状立板101的顶部设有顶板，底部设有底板102，槽状立板101的两侧板上设有竖向长孔2，竖向长孔2的宽度为6mm，槽状立板101内设有竖向滑轨3，竖向滑轨3的截面尺寸为10mm×10mm。如图6所示，基准梁5对应的端部设有与竖向滑轨3对应的竖向滑槽12，槽状立板101两侧板之间的宽度略大于基准梁5的宽度，使得基准梁5的端部可放入槽状立板101的两侧板之间，且基准梁5上的竖向滑槽12与竖向滑轨3配合，如此，基准梁5可在槽状立板101内上下滑动。如图6所示，基准梁5上两侧与基座1上的竖向长孔2对应部位设有横向紧固螺孔13，如图9所示，上述的紧固部件为用于穿过竖向长孔2并拧在基准梁5上对应部位的横向紧固螺孔13上的横向紧固螺钉4，横向紧固螺孔13的深度为5mm，横向紧固螺钉4为长10mm的M4螺钉，松开四个横向紧固螺钉4，可推动基准梁5上下移动，拧紧四个横向紧固螺钉4后，基准梁5固定不动。如图3所示，通过双组份环氧结构胶20将基座1的底板102粘结在待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17之间，底板102横跨衬砌通缝18，底板102的左侧固定在待测渠道衬砌板16上，右侧固定在待测渠道衬砌板17上，由于基准梁5可上下移动，所以该支撑架适用于不同长度的测距螺钉8，测距螺钉8的底部为尖端，将测距螺钉8向下拧紧时，测距螺钉8的底部能够顶紧待测渠道衬砌板16或待测渠道衬砌板17的上表面的一个点处，使得测量精度更高。实施例2：一种南水北调衬砌局部变形监测方法，请参阅图3和图7。该南水北调衬砌局部变形监测方法采用实施例1中的南水北调衬砌局部变形监测装置，该方法包括：（1）组装南水北调衬砌局部变形监测装置；a.如图7所示，将测距机构中的刻度板7对应安装在支撑架的基准梁5上，使刻度板7上的中心孔与对应的竖向螺纹孔同轴；b.如图3所示，将测距机构中的测距螺钉8拧入对应的竖向螺纹孔中，然后将基准梁5的两端对应放置在基座1的槽内，且通过螺钉4将基准梁5初步固定，使基准梁5不下滑即可；（2）如图3所示，将组装好的监测装置安装在衬砌上，其中，支撑架的基座1横跨待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17之间的衬砌通缝18，通过双组份环氧结构胶20将基座1的底板粘结在待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17之间，底板102的左侧固定在待测渠道衬砌板16上，右侧固定在待测渠道衬砌板17上；且测距机构的测距螺钉8分别对称设于衬砌通缝18的两侧的待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17上；（3）衬砌变形差异监测：a.如图3所示，拧动两个测距机构上的测距螺钉8向下移动，当测距螺钉8的底端接触对应的衬砌板块的表面后，继续拧紧测距螺钉8，使测距螺钉8的底端顶紧对应的衬砌板块，记录图3中左侧的测距螺钉8和右侧的测距螺钉8上的读数指针在对应的刻度板7上的读数分别为I1、I2；b.一段时间后，再次将两个测距螺钉8拧紧，记录图3中左侧的测距螺钉8和右侧的测距螺钉8上的读数指针在对应的刻度板7上的读数分别为F1、F2；（4）测距螺钉8的螺距均为1.5mm，则图3中左侧的测距螺钉8对应的待测渠道衬砌板16的变形量为D1=（F1-I1）×1.5360mm，图3中右侧的测距螺钉8对应的待测渠道衬砌板17的变形量为D2=（F2-I2）×1.5360mm，待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17的差异变形为D=D1-D2。由于基座1既固定在待测渠道衬砌板16上，又固定在待测渠道衬砌板17上，因此，如果待测渠道衬砌板16和待测渠道衬砌板17变形或沉降不同，则基准梁5上的两个测距螺钉8第二次向下拧时移动的距离的差值即可反应二者的沉降或变形差异。上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

权利要求：1.一种南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，包括支撑架，所述支撑架上设有两组测距机构，所述测距机构包括测距螺钉和刻度板，所述刻度板上设有用于供对应的所述测距螺钉穿过的中心孔，所述刻度板上设有若干沿环形排列的刻度线，各所述刻度线沿所述中心孔的径向延伸，所述测距螺钉上设有沿径向延伸的读数指针；在所述支撑架上间隔设有与所述测距螺钉相对应的竖向螺纹孔，所述刻度板固定在所述支撑架上，且所述刻度板的中心孔与对应的所述竖向螺纹孔同轴。2.根据权利要求1所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述支撑架包括基准梁和分别设于所述基准梁左右两侧的基座，所述基准梁的左右两端分别与对应的所述基座之间设有上下滑动结构，以及用于将所述基准梁固定在两个所述基座上不同高度的紧固部件。3.根据权利要求2所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述上下滑动结构包括设于所述基准梁对应端部的竖向滑槽和设于对应的所述基座上的竖向滑轨，所述竖向滑槽与所述竖向滑轨相匹配；所述基座上设有竖向长孔，所述基准梁上的对应部位设有横向紧固螺孔，所述紧固部件为用于穿过所述竖向长孔并拧在所述横向紧固螺孔上的横向紧固螺钉。4.根据权利要求2所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述基准梁为长方体形，所述基座包括槽状立板，所述基准梁的宽度略小于所述槽状立板的槽宽；所述槽状立板的底部设有底板。5.根据权利要求4所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述竖向螺纹孔设于所述基准梁上，所述刻度板的周边设有安装孔，且对应的所述竖向螺纹孔旁开设有连接螺孔，所述刻度板通过对应的竖向连接螺钉安装在所述基准梁上。6.根据权利要求1所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述测距螺钉的底部为尖端，顶部设有圆盘状螺帽，所述圆盘状螺帽顶面上设有一字槽，所述读数指针为设置在所述圆盘状螺帽顶面上的刻痕。7.根据权利要求1所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，所述刻度线为180根，所述刻度线在所述刻度板的中心孔的周向均匀排列；所述测距螺钉上的螺纹为单线螺纹，所述单线螺纹的螺距为1.5mm。8.一种南水北调衬砌局部变形监测方法，采用权利要求1-7中任一项所述的南水北调衬砌局部变形监测装置，其特征在于，包括：（1）组装所述南水北调衬砌局部变形监测装置；（2）将组装好的所述南水北调衬砌局部变形监测装置安装在衬砌上，其中，所述支撑架横跨衬砌板块之间的衬砌通缝，所述支撑架同时固定在所述衬砌通缝两侧的衬砌板块上，且所述测距机构分别设于所述衬砌通缝的两侧；（3）衬砌变形差异监测：a.拧动所述测距机构上的测距螺钉向下移动，当所述测距螺钉的底端接触对应的衬砌板块的表面后，继续拧紧所述测距螺钉，使所述测距螺钉的底端顶紧对应的衬砌板块，记录所述测距螺钉上的读数指针在对应的所述刻度板上的读数分别为I1、I2；b.一段时间后，再次将两个所述测距螺钉拧紧，记录所述测距螺钉上的读数指针在对应的所述刻度板上的读数分别为F1、F2；（4）所述测距螺钉的螺距均为Kmm，则两个所述测距螺钉对应的衬砌板块的变形量分别为D1=（F1-I1）×K360mm、D2=（F2-I2）×K360mm，两个所述测距螺钉对应的衬砌板块的差异变形为D=D1-D2。9.根据权利要求8所述的南水北调衬砌局部变形监测方法，其特征在于，所述步骤（1）具体包括：a.将所述测距机构中的刻度板对应安装在所述支撑架上，使所述刻度板上的中心孔与对应的所述竖向螺纹孔同轴；b.将所述测距机构中的所述测距螺钉拧入对应的所述竖向螺纹孔中。10.根据权利要求8所述的南水北调衬砌局部变形监测方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，两组所述测距机构相对于所述衬砌通缝对称。

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