專利名稱：環(huán)形多層基巖變形測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可在鉆孔內(nèi)的若干部位測定基巖或建筑物變形的基巖變形測定裝置，該裝置內(nèi)部是中空的，可供其它裝置用的電源線、信號線等穿過。
現(xiàn)有技術(shù)中，在基巖或建筑物鉆孔內(nèi)所用的變形測定裝置、傾斜測定裝置、體積變形測定裝置等，其構(gòu)造是在與被測定物密接的密封容器內(nèi)部設(shè)置傳感器，將該測定裝置放在鉆孔中時，裝置上帶著的信號線和電線等成為障礙物，使得在該鉆孔中淺處不能設(shè)置其它裝置。因此，對于每個裝置必須開設(shè)鉆孔，由于鉆孔的開設(shè)費(fèi)用而導(dǎo)致裝置的設(shè)置費(fèi)用增高。為了節(jié)約該穿孔費(fèi)用，開發(fā)出了一種能利用同一鉆孔在多點位置測定變形的多層式基巖變位計，這種變位計由日本共和電業(yè)株式會社出售。但是，該裝置構(gòu)造復(fù)雜而且不易設(shè)置，如果不是大口徑的鉆孔就不能使用。另外，該裝置不能同時測定基巖等的傾斜。
本發(fā)明的目的在于提供一種能在同一鉆孔內(nèi)的若干部位測定基巖等的變形、傾斜的裝置，降低為設(shè)置該裝置所需的鉆孔費(fèi)用。
為了測定基巖的變形，只要測定2點的變位即可。本發(fā)明的特征是，如

圖1所示，在與鉆孔密接著的圓筒形容器內(nèi)，采用環(huán)形構(gòu)造體1作為基準(zhǔn)標(biāo)尺用的桿，檢測基巖內(nèi)2點間的變位。將環(huán)形構(gòu)造體1上的任意一點作為基點2，將該基點2固定在與基巖密接著的裝置的內(nèi)側(cè)面3上的任意部位，將該部位作為支點4。將環(huán)形構(gòu)造體1上的另一部位作為基點5。檢測該基點5與測定點6之間的相對變位，該測定點6位于與基點5相對的、密接在基巖上的裝置內(nèi)側(cè)面3上。這時，根據(jù)檢測出的變位可求出相當(dāng)紙面左右方向的支點4與測定點6之間的變形量。這樣，將環(huán)形構(gòu)造體1作為桿使用，就可以在鉆孔的中央部分設(shè)置供信號線、電纜等穿過的空間。利用該空間可穿設(shè)其它裝置的信號線、電源線等，這樣，在同一鉆孔的稍深處可設(shè)置其它裝置，從而可在鉆孔內(nèi)多點位置測定基巖的變形。當(dāng)傾斜地穿設(shè)鉆孔時，根據(jù)同樣的原理也可在若干點位置測定基巖的變形。這時，如果在裝置內(nèi)側(cè)放大側(cè)面的變位進(jìn)行測定，則變形更容易測定，能提高測定精度。
為了測定因基巖變形而引起的傾斜，可以如圖2所示地，用極柔軟的板簧或繩子垂吊一重物作為振動子7。振動子7因重力而下垂，所以，振動子7和測定點8之間的相對變位與測定裝置的傾斜成正比，該測定點8位于與振動子7相對的內(nèi)側(cè)面3上。即，如果在內(nèi)側(cè)面3上的測定點8處檢測出隨裝置的傾斜而動的振動子7的變位，則可以測定裝置在任意方向的傾斜。必要時，如果加大振動子7的重量，則傾斜的測定更加容易。如果將振動子做成為環(huán)形的、且旋轉(zhuǎn)軸稍稍傾斜于鉛直軸的水平振動子，則可以放大地檢測出垂直于旋轉(zhuǎn)軸方向的傾斜。如果將裝置做成水平或斜交時(圖12、13)，則在裝置內(nèi)側(cè)面3上、且在鉆孔上部具有支點的環(huán)形構(gòu)造體1上安裝板簧，用下方的振動子7檢測變位。這種情況下，如果改變振動子7的安裝方向，則可以測定任意方向的傾斜。這時，如果也將振動子做成為環(huán)形的、其旋轉(zhuǎn)軸與鉛直軸稍稍傾斜的水平振動子，則可以放大地檢測出垂直于旋轉(zhuǎn)軸方向的傾斜。如果將振動子做成為環(huán)形，則可以將信號線、電源線等穿過裝置的中央部，可以在同一鉆孔的若干位置處測定基巖的變形。
如圖3所示，如果將充滿液體的環(huán)形容器9埋設(shè)在基巖內(nèi)，則容器9的內(nèi)部壓力變化與因基巖變形而引起的體積變化成正比。另外，如果將液體的一部分導(dǎo)入細(xì)管10，則液體在管內(nèi)部大移動，其移動量與因基巖變形引起的體積變化成正比。根據(jù)該體積變化可計算出基巖的體積變形，所以，根據(jù)液體的壓力或移動量可測定基巖的變形?？稍诓煌较蛟O(shè)置若干個容器9，根據(jù)不同的液體壓力或移動量檢測出基巖的變形，則可知道不同方向的基巖變位量，從而可測定該方向的變形變化。如果將至少一個這樣的容器9設(shè)在裝置側(cè)面，則可測定基巖的體積變化或特定方向的變位。另外，如圖3實施例所示地，如果將相對的2個容器9連接起來，則便于判定基巖的變形方向，這種情況下也可在鉆孔中央部分設(shè)置供信號線等穿過用的空間。利用該空間穿設(shè)其它裝置的信號線及電源線等，就可以在該鉆孔的較深處設(shè)置其它裝置。
圖1是檢測裝置內(nèi)側(cè)面上的支點4與裝置內(nèi)側(cè)面上的測定點6這2點之間變位的示意圖。
圖2是用柔軟彈簧檢測垂吊著的振動子7的變位的示意圖。
圖3是在環(huán)形壓力容器上安裝細(xì)管，檢測液體壓力或液體移動的示意圖。
圖4表示以環(huán)形桿作為基準(zhǔn)標(biāo)尺，檢測支點4與測定點6這2點之間變位的實施例(圖5的A-A斷面圖)。
圖5是圖4所示實施例的立體圖(圖中的斷面是圖4的B-B斷面)。
圖6表示采用縱長的環(huán)形桿測定支點14與測定點18、19、20之間變位的實施例(斷面圖)。
圖7表示在2個桿中間檢測變位的實施例(頂面圖)。
圖8是采用上下2個環(huán)形桿時的桿的展開圖。實際上圖中的AA和BB是連著的。
圖9表示放大桿的變位進(jìn)行檢測的實施例(斷面圖)。
圖10表示切削金屬做成彈簧，將垂直于孔軸的水平變位放大的實施例(斷面圖)。
圖11表示切削金屬做成彈簧，將平行于孔軸的垂直變位放大的實施例(斷面圖)。
圖12表示在水平鉆孔內(nèi)測定傾斜時的實施例，該例中振動子在與紙面垂直的面內(nèi)動。
圖13表示在水平鉆孔內(nèi)測定傾斜時的另一實施例(斷面圖)，該例中振動子在與紙面垂直的面內(nèi)動。
圖14表示鉆孔為傾斜時，測定傾斜的實施例(斷面圖)，該情況下振子在紙面的左右方向動。
圖15表示使光多重反射進(jìn)行變位檢測時的實施例(斷面圖)。
圖16表示中央做成為中空的裝置。
圖17表示中央做成為偏心中空的裝置。
下面說明實施例及其作用。
圖4是圖1所示實施例的斷面圖。該實施例中，為了測定基巖內(nèi)等2點間的變形，采用環(huán)形構(gòu)造體1作為基準(zhǔn)標(biāo)尺，圖5是其立體圖。在圖5中，如果將檢測變位用的傳感器11安裝在與圖示裝置內(nèi)側(cè)面3上的測定點6相對的基點5處，可檢測支點4和測定點6連線方向的變形；如果將傳感器11安裝在與圖示裝置內(nèi)側(cè)面3上的測定點12相對的基點處，則可檢測支點4和測定點12連線方向的變形。如果將傳感器11安裝在測定點6等的裝置內(nèi)側(cè)面3上也可檢測變位。圖6的斷面圖是表示采用縱長環(huán)形構(gòu)造體13的實施例。圖6中，將構(gòu)造體13上的任意點連接在裝置內(nèi)側(cè)面3上，將該連接點作為支點14，如果將傳感器11安裝在構(gòu)造體13上的基點15或基點15下方的基點16上，檢測出與相對的裝置內(nèi)側(cè)面3上的測定點18、19之間的相對變位，則可求出其各自斜方向的變形；如果檢測出支點14上方的測定點20與相對的構(gòu)造體13上的基點17之間的相對變位，則可求出上下方向的變形。這些情況下，也可以將傳感器11安裝在與基點15、16、17相對的測定點18、19、20中的任一個上檢測變位。也可以如圖7的實施例所示，用連接內(nèi)側(cè)面3上支點21、22的環(huán)形構(gòu)造體的一部分作為檢測變位的構(gòu)造體，在兩者的中間用傳感器11檢測變位。
圖4中，是采用構(gòu)造體1作為基準(zhǔn)標(biāo)尺的，但也可以如圖7所示的實施例那樣，用環(huán)形構(gòu)造體的一部分檢測變位，也可以將若干個環(huán)形構(gòu)造體或其一部分同心地上下設(shè)置。圖8是表示采用上下2個環(huán)形構(gòu)造體23、24作為桿時的展開圖，是為了在同一面內(nèi)檢測變位而將環(huán)形構(gòu)造體或其一部分上下組裝起來。該實施例中，采用環(huán)形構(gòu)造體23、24，可用2個傳感器11測定相互垂直的變形(實際上左右的AA、BB相連成為環(huán)形，將環(huán)形構(gòu)造體23、24各自對角線上的成對的○和△的位置作為支點或測定點)。如該例所示，即使傳感器11多的情況下，也可以與圖5同樣地進(jìn)行斜方向或上下方向的變形的測定。圖9所示的斷面圖是將變位放大進(jìn)行測定時的實施例，將測定中所用的構(gòu)造體1和裝置內(nèi)側(cè)面3接近的部分放大。通過板簧25或金屬板26放大圖9所示的構(gòu)造體1和裝置內(nèi)側(cè)面3之間的變位，在金屬板26的前端27處用傳感器11檢測變位時，如果將板簧25、金屬板26、27的部分或金屬板的支點28配置在裝置內(nèi)側(cè)面3上，則也可將信號線、電源線等穿過裝置的中央部。對于變位放大的機(jī)構(gòu)，也可采用圖10實施例所示的方法，即，用金屬塊削成裝置的一部分或整個裝置，這樣，可消除構(gòu)造體1或板簧25的安裝誤差或板簧25初期變形的影響。圖10實施例中，將中央的桿削成環(huán)形，使信號線、電源線等能穿過裝置中央部。另外，如果將整個裝置或其一部分用陶瓷做成，預(yù)先做成所需的形狀燒制，則可減少裝置制作過程中的變形。圖9及圖10所示的實施例中，是將垂直于鉆孔孔軸方向的變位放大的方法，但也可以如圖11的實施例那樣，將平行于鉆孔孔軸方向的變位放大。這種情況下，為了使檢測變位用的環(huán)形桿容易向孔軸方向移動，而將板簧垂直于孔軸地安裝并將桿削得很薄。這時，將中央桿做成為環(huán)形，使信號線、電源線等可穿過裝置中央部。同樣地，如果將桿或板簧等與孔軸斜交，則可將與孔軸斜交方向的變位放大。在鉆孔的最深處測定基巖變形的情況下，只要有放大變位的功能即可，不必在裝置中央部穿過信號線、電源線等，所以，不一定要把桿做成環(huán)形。如果將本發(fā)明實施例中的計器放入水中，容器在水壓下變形，可用于測定水位變化，但若僅用于測定水位，也不必將容器中央部形成為空洞。
圖12的實施例，是假設(shè)利用垂直于紙面的水平鉆孔測定傾斜時的斷面圖。該例中，通過板簧25或繩將環(huán)形構(gòu)造體1固定在裝置的上方內(nèi)側(cè)面3上，在下方的內(nèi)側(cè)面3上檢測振動子7的變位，測定傾斜。該振動子7在與鉆孔孔軸同樣的垂直于紙面的方向上動。圖13的實施例中，鉆孔是水平的，其方向與要測定的傾斜方向不一致，改變了固定環(huán)形構(gòu)造體1的方向。這種情況下也是檢測垂直于紙面的振動子的變位。如果裝置不是水平，則如圖14所示實施例那樣，傾斜地安裝環(huán)形構(gòu)造體1或傳感器11即可。另外，與測定變形時同樣地，將環(huán)形構(gòu)造體的一部分作為環(huán)形構(gòu)造體1，或者將環(huán)形構(gòu)造體1從裝置內(nèi)側(cè)面3上的若干點延長上下重疊，都可測定傾斜。與測定變形時同樣地，在裝置的中央部可以穿過信號線、電源線等。
以上對用縱長環(huán)形構(gòu)造體13作為測定變位基準(zhǔn)標(biāo)尺的實施例作了說明，但也可以如圖15實施例所示那樣，采用同樣縱長環(huán)形構(gòu)造體29的、利用光的變位測定方法。將環(huán)形構(gòu)造體29的縱向一部分30和與該部分對應(yīng)的與基巖相接的裝置側(cè)面31做成平面并拋光，將光傾斜地入射并由上述拋光部分30和31反射，2個平面的距離與基巖變位對應(yīng)地發(fā)生變化，可放大光學(xué)距離的變化。用光波的干涉法檢測出該變化，求出基巖的變位量。在該測定中如果利用光纖，則可以遙控操作地檢測出基巖的變形。這時，也可以設(shè)置作為桿的縱長的環(huán)形構(gòu)造體29或在側(cè)面31上設(shè)置鏡子，或者電鍍金屬利用多重反射。另外，與圖9所示同樣地，也可以通過板簧或金屬板將作為桿的環(huán)形構(gòu)造體與內(nèi)側(cè)面3上的測定點之間的變位放大，與上述同樣地用光波的干涉法檢測出金屬板前端的光學(xué)距離的變化。另外，與圖12同樣地，也可以通過板簧或金屬板將環(huán)形構(gòu)造體1固定在內(nèi)側(cè)面3上，用光波的干涉法檢測出振動子7的變位，測定裝置的傾斜等。無論哪種情況，都可以在裝置中央部穿過信號線、電源線等。
根據(jù)鉆孔穿設(shè)的狀況，作為桿的環(huán)形構(gòu)造體，有時需要有保護(hù)傳感器、放大機(jī)構(gòu)等的防濕、耐壓等的保護(hù)機(jī)構(gòu)。這時，如圖16的實施例所示，將整個裝置外形做成為中央中空的密閉裝置32，或如圖17的實施例所示，做成中央偏心的中空密閉裝置33。其它裝置用的信號線、電源線等可穿過其空洞部。上述實施例中是采用的金屬材料，但為了批量生產(chǎn)也可以做成為一整體的鑄造物。如果用陶瓷做則精度好，如果用樹脂做則價格便宜。
如圖9或圖10的實施例所示，該裝置能將容器側(cè)面的微小變位放大地進(jìn)行測定，也可以作為水壓計、土壓計、測力傳感器使用。作為這些用途時，不一定要在容器中央形成空洞，將容器的上面或下面的變位放大進(jìn)行測定也能取得同樣的效果。
本發(fā)明的基巖測定裝置與現(xiàn)有裝置不同，它能在鉆孔的孔軸方向的裝置中央穿過信號線、電源線等，能在同一個鉆孔的若干位置處測定基巖的變形，該裝置不僅可測定基巖的變形，需要時還可以進(jìn)行傾斜的測定。在隧道挖掘現(xiàn)埸或滑坡等處，需要在多點測定基巖變形時，使用該裝置是很方便的。另外，不僅在陸地上、在海底等也可以用該裝置檢測基巖的變形，在周圍溫度高的、一般電子零件不能使用的地下深處或火山地帶也能用光纖遙控測定檢測出基巖的變形。雖然鉆孔越深費(fèi)用越高，但是如果采用本發(fā)明的裝置，則由于能設(shè)置在一個鉆孔內(nèi)的若干位置處，所以可節(jié)約鉆孔的穿孔費(fèi)用。在深的鉆孔中，為了穿孔作業(yè)的便利，淺的部分口徑大，可在淺處設(shè)置尺寸大的裝置。如果裝置的尺寸大，則裝置中央部的空間可以大，就可以穿過較多的信號線、電源線等。因此，采用本發(fā)明的裝置，鉆孔越深越可在多個點處測定基巖等的變形。
另外，在鐵道或道路用的隧道內(nèi)，如果安裝不妨礙火車、汽車通行的大的環(huán)形桿，則可利用原有的隧道測定基巖的變形。這時，由于裝置的尺寸可以很大，傳感器的變位量也大，即使不用電子回路將信號放大也可以檢測出基巖的變形。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形多層基巖變形測定裝置，利用被測定物內(nèi)的鉆孔測定被測定物的變形，其特征在于，由至少一個環(huán)形構(gòu)造體和檢測變位用的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，該環(huán)形構(gòu)造體安裝在與被測定物相接的裝置內(nèi)側(cè)面上，將檢測該環(huán)形構(gòu)造體和裝置內(nèi)側(cè)面上另一位置的相對變位所不可缺少的結(jié)構(gòu)元件配置在裝置的沿鉆孔孔軸方向的側(cè)面上，裝置的中央部分做成為空洞。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，該裝置具有在容器內(nèi)側(cè)的側(cè)面沿孔軸方向機(jī)械地放大檢測相對變位的功能。
3.一種環(huán)形的多層基巖變形測定裝置，利用被測定物內(nèi)的鉆孔測定被測定物的傾斜，其特征在于，由至少一個做成為環(huán)形構(gòu)造體的振動子和檢測變位的機(jī)構(gòu)構(gòu)成，該振動子在與被測定物相接的裝置內(nèi)側(cè)面具有支點，將檢測振子與裝置內(nèi)側(cè)面另一位置的相對變位所不可缺少的結(jié)構(gòu)元件配置在鉆孔的沿孔軸方向的側(cè)面，將裝置的中央部分做成為空洞。
4.一種環(huán)形的多層基巖變形測定裝置，利用被測定物內(nèi)的鉆孔測定被測定物的體積變形，其特征在于，由至少一個充滿液體的環(huán)形容器和檢測機(jī)構(gòu)構(gòu)成，上述容器設(shè)置在與被測定物相接的裝置的內(nèi)側(cè)面，上述檢測機(jī)構(gòu)用于檢測容器內(nèi)部的液體的壓力或移動量，將檢測液體的壓力變化或移動量所不可缺少的結(jié)構(gòu)元件配置在裝置的沿鉆孔孔軸的方向側(cè)面，將裝置中央部分做成為空洞。
5.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中的環(huán)形構(gòu)造體或環(huán)形容器是環(huán)形構(gòu)造體的一部分或環(huán)形容器的一部分，將裝置中央部分做成為空洞。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中裝置的結(jié)構(gòu)元件配置在裝置的一側(cè)側(cè)面上。
7.一種環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，檢測被測定物變位的結(jié)構(gòu)元件至少由權(quán)利要求1、2、3、4、5、6記載中的2個構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中的變位檢測機(jī)構(gòu)是利用磁通密度的變化。
9.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中的變位檢測機(jī)構(gòu)是利用電氣容量的變化。
10.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中的變位檢測機(jī)構(gòu)是利用變位計。
11.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的環(huán)形多層基巖變形測定裝置，其特征在于，其中的變位檢測機(jī)構(gòu)是利用光波的干涉。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于節(jié)約鉆孔的穿孔費(fèi)用而提供一種能在同一鉆孔內(nèi)的多點位置上測定基巖變形或傾斜的測定裝置。本發(fā)明是利用鉆孔測定被測定物變形的裝置,將用于測定被測定物的變形所不可缺少的機(jī)械的、光學(xué)的結(jié)構(gòu)元件或電子回路等沿著鉆孔壁面配置成環(huán)形,由于將其配置成環(huán)形,在裝置的中央可以穿過其它裝置或其它測試裝置用的電源線、信號線等,可以在同一個鉆孔內(nèi)設(shè)置若干個裝置。
文檔編號G01B5/30GK1185580SQ9611792
公開日1998年6月24日 申請日期1996年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者山內(nèi)常生 申請人:東鄉(xiāng)技術(shù)有限公司