1监测系统

本研究提出一种简单可行的监测方法，系统装置主要有三个部件，包括竖向距离调节器、横向弹性拉杆和应变传感器。横向弹性拉杆安装在固定的支座上，该支座不因隧道顶部的变形而产生大的位移。系统工作时，调节竖向距离调节器，增加随道顶部A点和横向弹性拉杆上B点距离，使横向弹性拉杆内部产生初始应力并发生弹性挠度。此时，当隧道上方受到压力作用时,随道到顶部将产生变形。由于这种变形，A点和B点的距离发生变化，从而使横向弹性拉杆的挠度变大或者变小，进而引起弹性横杆上B点处应变的改变，贴在B点的应变传感器便可记录下改点的应变变化值。当应变的变化量超过事先规定的警戒值时，系统发出报蜜，从而达到隧道安全监测的目的。本研究根据所示原理制作的实验模型，图中一个拱形钢片和一个水平弹性钢片焊接在一个刚性外框上。拱形钢片用来模拟地下隧道的顶部，水平弹性钢片则用来模拟横向弹性拉杆，上面贴有应变片，和应变测试仪器相连接。共有四个螺旋可变长度的球头螺纹顶杆配置在刚性外框、拱形钢片和水平弹性钢片之间。实验中，首先调长0号顶杆，使水平弹性钢片中出现张紧力，而应变片则把此时弹性钢片中的应变传递到应变仪中进行记录。之后，分别调节1、2和3号顶杆，通过改变它们的长度引起拱形钢片的变形,这种变形导致A、B两点之间的距离增加或者减小，从而使具有初始张紧力的水平弹性钢片上B点处的应变发生改变，并由应变测试仪记录。

2实验过程与结果

本实验使用BYD-5型应变仪测量水平弹性钢片的应变。该应变仪采用如图3所示的惠斯通电桥测量原理。B、D之间的电肪电源电分别为：当尺尽=尽尽时[/吧=0，此称为电桥的平衡条件。该条件满足时表明桥压已经调解完毕，可以进行实验。实测时，随着装置的受力变形斤-均发生变化，分别为：R性，假定应变片电阻变化量为)发生改变，所以AUbdOC，即MJbdOC。所以，电压t/肪的变化反应了应变片应变的变化。需要说明的是，A和尺是已知量，根据应变仪型号确定。本实验中，￡,=2v，尤=2.00。实验过程取实验装置，调试桥压，旋动0号球头杆，使水平弹性钢片中具有初始应力，待电桥平衡后准备实验。首先旋动1号球头杆调整其长度，并保证2、3号球头杆和拱形钢片脱离接触。每转动60。时记录一个U⑽，直至旋至360。。类似(b)步骤，分别调整2号球头杆和3号球头杆并保持未被调节的球头杆不接触拱形钢片，记录数据。整理数据，填表绘图。试验结果由于球头杆是可旋转的伸縮式螺纹杆，故实验中分别记录螺杆旋转角度，换算成球头杆伸长的距离，同时观测记录B点两侧的应变片电压改变量，通过公式，即e=4AC/SD/￡,尺换算成B点处的应变。为了减少随机误差，实验进行两次，测量结果列在中。将两次测试结果平均之后，B点应变随各个球头杆增长量变化的趋势可以表示。可以看出，1、2、3号球头杆的长度变化对B点处应变的影响非常明显。

3结论

地下电缆隧道顶部坍塌的特点是塌陷处的大位移小应变，故以隧道顶部位移的变化量作为评判指标是理想的隧道健康监测方案。本监测方法，通过简单的机构，将隧道顶部的位移转化为便于监测的弹性拉杆应变，成本低，技术成熟。模型实验表明，此方法可行性强，施工方便，和应变传感器配合使用，可实现对地下电缆隧道塌陷的实时在线监测。本研究重点是通过模型实验证明监测方案的可行性，因此没有对监测机构进行结构优化设计，这是本研究在将监测机构推广到实际工程运用前应该完成的工作。

作者：黄楷焱易游丽王雪松袁卫锋单位：西南科技大