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1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

本研究提出一種簡(jiǎn)單可行的監(jiān)測(cè)方法，系統(tǒng)裝置主要有三個(gè)部件，包括豎向距離調(diào)節(jié)器、橫向彈性拉桿和應(yīng)變傳感器。橫向彈性拉桿安裝在固定的支座上，該支座不因隧道頂部的變形而產(chǎn)生大的位移。系統(tǒng)工作時(shí)，調(diào)節(jié)豎向距離調(diào)節(jié)器，增加隨道頂部A點(diǎn)和橫向彈性拉桿上B點(diǎn)距離，使橫向彈性拉桿內(nèi)部產(chǎn)生初始應(yīng)力并發(fā)生彈性撓度。此時(shí)，當(dāng)隧道上方受到壓力作用時(shí),隨道到頂部將產(chǎn)生變形。由于這種變形，A點(diǎn)和B點(diǎn)的距離發(fā)生變化，從而使橫向彈性拉桿的撓度變大或者變小，進(jìn)而引起彈性橫桿上B點(diǎn)處應(yīng)變的改變，貼在B點(diǎn)的應(yīng)變傳感器便可記錄下改點(diǎn)的應(yīng)變變化值。當(dāng)應(yīng)變的變化量超過事先規(guī)定的警戒值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)蜜，從而達(dá)到隧道安全監(jiān)測(cè)的目的。本研究根據(jù)所示原理制作的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑘D中一個(gè)拱形鋼片和一個(gè)水平彈性鋼片焊接在一個(gè)剛性外框上。拱形鋼片用來模擬地下隧道的頂部，水平彈性鋼片則用來模擬橫向彈性拉桿，上面貼有應(yīng)變片，和應(yīng)變測(cè)試儀器相連接。共有四個(gè)螺旋可變長(zhǎng)度的球頭螺紋頂桿配置在剛性外框、拱形鋼片和水平彈性鋼片之間。實(shí)驗(yàn)中，首先調(diào)長(zhǎng)0號(hào)頂桿，使水平彈性鋼片中出現(xiàn)張緊力，而應(yīng)變片則把此時(shí)彈性鋼片中的應(yīng)變傳遞到應(yīng)變儀中進(jìn)行記錄。之后，分別調(diào)節(jié)1、2和3號(hào)頂桿，通過改變它們的長(zhǎng)度引起拱形鋼片的變形,這種變形導(dǎo)致A、B兩點(diǎn)之間的距離增加或者減小，從而使具有初始張緊力的水平彈性鋼片上B點(diǎn)處的應(yīng)變發(fā)生改變，并由應(yīng)變測(cè)試儀記錄。

2實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)使用BYD-5型應(yīng)變儀測(cè)量水平彈性鋼片的應(yīng)變。該應(yīng)變儀采用如圖3所示的惠斯通電橋測(cè)量原理。B、D之間的電肪電源電分別為：當(dāng)尺盡=盡盡時(shí)[/吧=0，此稱為電橋的平衡條件。該條件滿足時(shí)表明橋壓已經(jīng)調(diào)解完畢，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)測(cè)時(shí)，隨著裝置的受力變形斤-均發(fā)生變化，分別為：R性，假定應(yīng)變片電阻變化量為)發(fā)生改變，所以AUbdOC，即MJbdOC。所以，電壓t/肪的變化反應(yīng)了應(yīng)變片應(yīng)變的變化。需要說明的是，A和尺是已知量，根據(jù)應(yīng)變儀型號(hào)確定。本實(shí)驗(yàn)中，￡,=2v，尤=2.00。實(shí)驗(yàn)過程取實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)試橋壓，旋動(dòng)0號(hào)球頭桿，使水平彈性鋼片中具有初始應(yīng)力，待電橋平衡后準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。首先旋動(dòng)1號(hào)球頭桿調(diào)整其長(zhǎng)度，并保證2、3號(hào)球頭桿和拱形鋼片脫離接觸。每轉(zhuǎn)動(dòng)60。時(shí)記錄一個(gè)U⑽，直至旋至360。。類似(b)步驟，分別調(diào)整2號(hào)球頭桿和3號(hào)球頭桿并保持未被調(diào)節(jié)的球頭桿不接觸拱形鋼片，記錄數(shù)據(jù)。整理數(shù)據(jù)，填表繪圖。試驗(yàn)結(jié)果由于球頭桿是可旋轉(zhuǎn)的伸縮式螺紋桿，故實(shí)驗(yàn)中分別記錄螺桿旋轉(zhuǎn)角度，換算成球頭桿伸長(zhǎng)的距離，同時(shí)觀測(cè)記錄B點(diǎn)兩側(cè)的應(yīng)變片電壓改變量，通過公式，即e=4AC/SD/￡,尺換算成B點(diǎn)處的應(yīng)變。為了減少隨機(jī)誤差，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行兩次，測(cè)量結(jié)果列在中。將兩次測(cè)試結(jié)果平均之后，B點(diǎn)應(yīng)變隨各個(gè)球頭桿增長(zhǎng)量變化的趨勢(shì)可以表示?？梢钥闯觯?、2、3號(hào)球頭桿的長(zhǎng)度變化對(duì)B點(diǎn)處應(yīng)變的影響非常明顯。

3結(jié)論

地下電纜隧道頂部坍塌的特點(diǎn)是塌陷處的大位移小應(yīng)變，故以隧道頂部位移的變化量作為評(píng)判指標(biāo)是理想的隧道健康監(jiān)測(cè)方案。本監(jiān)測(cè)方法，通過簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，將隧道頂部的位移轉(zhuǎn)化為便于監(jiān)測(cè)的彈性拉桿應(yīng)變，成本低，技術(shù)成熟。模型實(shí)驗(yàn)表明，此方法可行性強(qiáng)，施工方便，和應(yīng)變傳感器配合使用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下電纜隧道塌陷的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。本研究重點(diǎn)是通過模型實(shí)驗(yàn)證明監(jiān)測(cè)方案的可行性，因此沒有對(duì)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是本研究在將監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)推廣到實(shí)際工程運(yùn)用前應(yīng)該完成的工作。

作者：黃楷焱易游麗王雪松袁衛(wèi)鋒單位：西南科技大