[发明专利]一种水工建筑物竖向变形监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水工建筑物竖向变形监测装置及监测方法，属于建筑领域。

背景技术

穿堤、水闸等水工结构物中的土石结合区域在运行中常出现不均匀沉降病害，对建筑物的安全及正常使用造成不利影响，甚至导致建筑物破坏或失事。通过在土石结合区域布设监测仪器或装置，实时获取区域沉降信息，合理分析区域沉降空间与时间变化规律，及时发现区域沉降(特别是不均匀沉降)异常状况，以科学采取防范或控制措施，对保障水工结构物安全服役具有重要意义。

目前，常规沉降监测装置多存在施工布设困难、可重复利用率低、不易检修维护、耐久性差、精度低、易受电磁环境干扰等不足。光纤传感器具有抗辐射、耐腐蚀等特点，应用于不均匀沉降病害监测具有明显的优势；但从光纤变形监测的现状来讲，分布式实时监测方式是当前研究和应用热点，但技术本身和工程实用性方面尚不成熟，尤其是对于沉降监测的光纤回路应用更是处于空白。利用光纤中瑞利散射和菲涅尔反射、布里渊散射的变化，理论上不仅可以准确定位不均匀沉降病害，且可以给出不均匀沉降病害的定量描述；但上述目标的实现过程中，光纤的布设极其考究，尤其回路设置更是困难。从最新的光纤技术领域上看，美国Luna Technology公司的ODiSI(Optical Distributed Sensor Interrogator)分布式光纤传感系统可以实现mm级空间分辨率，但是最大传感长度只有50m，且实际应用中受到多因素干扰，其有效监测长度及分辨率会降低；日本NBX公司利用PPP-BOTDA技术生产的光纳仪，有效空间分辨率可提高到cm级，但需要光纤回路布设，致使其很难直接应用于实际工程的不均匀沉降监测。本发明技术可在保证现有分布式光纤最大监测距离(25km范围内)的情况下，将空间分辨率提高到mm级。

为了充分利用现有技术监测土石结合区域的不均匀沉降，使监测设备获得较高的初始精度、较大的测量量程，本发明将传统监测技术与光纤传感技术相结合，借鉴传统监测技术直观、简单的优点，避开其布设困难、利用率低、无法检修维护、受电磁环境干扰等不利弊端，结合当前光纤传感技术所具有的分布式、高精度、实时性、多复杂环境应用的优势，构建可共载两种技术的应用平台，设置两种技术的共享信息融合的设备构件，实现土石结合区域不均匀沉降mm级精度的有效监测和应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水工建筑物竖向变形监测装置及监测方法，创造性地搭建可以融合新旧技术的集成平台，具有可重复的使用、极为方便的安装及实时的检测与维护等优势及分布式、微宏观、实时性、复杂环境高适应性等特点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水工建筑物竖向变形监测装置，包括位于土石方结合区的通底竖井、位于通底竖井内部的载道内管，所述载道内管内安装有变位台，变位台上的两侧对称的安装有驱动电机，驱动电机通过支架安装在变位台上，驱动电机与驱动轴连接，驱动轴上设有外螺纹，驱动轴插入到五级活塞内，五级活塞设有与外螺纹配合的内螺纹，通过位于五级活塞顶端的持力活塞与钻头外连管联接，钻头外连管与锥形钻头连接，五级活塞位于活塞壳体内，活塞壳体上设有第一刻槽，驱动电机内安装有无线接收模块，无线接收模块通过无线传输模块与控制器信号连接；两边的活塞壳体分别与提升钻头活塞壳体运动的升降装置连接，变位台的两端对称的安装有校正变位台水平的校正装置，变位台中部与一组对称安装的弹簧的一端连接，弹簧的另一端与竖向测尺铰接，刻度台位于设置在通底竖井上的横梁，两个弹簧之间设有光纤挂桶，光纤挂桶的底端与变位台连接，光纤挂桶内安装有波状回路光纤，波状回路光纤上设有光纤扣，波状回路光纤的输入端安装有光波发射器，波状回路光纤的输出端安装有光波采集器。

作为优选，所述升降装置包含同速张拉绳、张拉台、张拉载道和螺纹柱，所述同速张拉绳一端连接第一刻槽，另一端穿过张拉载道缠绕在螺纹柱并收纳在张拉绳盘里，张拉台位于横梁上。

作为优选，所述校正装置包含校正牵引绳、牵引载道、牵引台、拧固栓，所述牵引台上设有两个牵引载道，变位台的一侧设有两个第二刻槽，两根校正牵引绳一端分别穿过牵引载道与第二刻槽连接，两根校正牵引绳的另一端分别通过设置在牵引台的拧固栓拧紧，牵引台位于横梁上。

作为优选，所述变位台的下方设有护底凸台。

作为优选，所述控制器为STM32F103VET6。

一种水工建筑物竖向变形监测装置的监测方法，包括以下步骤：