一种施工过程中地下水位的监测装置及方法
阅读说明：本技术 一种施工过程中地下水位的监测装置及方法 (Underground water level monitoring device and method in construction process ) 是由 王玥 徐启鹏 宋妍 刘永胜 邹翀 赵军喜 刘国良 付仲润 史继尧 卢金栋 许俊伟 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种施工过程中地下水位的监测装置,包括：两根平行且间隔设置的测线,各根测线中均包括一根线芯,两根线芯相互平行；在各根线芯上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝,各电阻丝均与对应的线芯紧密贴合,两根电阻丝的末端均用于连接导线；各根测线外均各同轴套设有一线壳,各线壳均为两端封闭的圆筒体。两个线壳间一体连接有一导电隙壳体,导电隙壳体的长度与各线壳的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙,导电隙与两个线壳的内腔均相连通。在导电隙壳体上,且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔,用于使地层中的水流入导电隙中,并通过导电隙导入两个线壳内腔中。以降低测点布设和测点维护的成本和难度,简化日常测量工作。(The invention discloses a device for monitoring underground water level in the construction process, which comprises: the testing device comprises two testing wires which are arranged in parallel and at intervals, wherein each testing wire comprises a wire core, and the two wire cores are parallel to each other; each resistance wire is spirally wound on each wire core along the length direction, each resistance wire is tightly attached to the corresponding wire core, and the tail ends of the two resistance wires are used for connecting a lead; each wire measuring is coaxially sleeved with a wire shell, and each wire shell is a cylinder with two closed ends. A conductive gap shell is integrally connected between the two line shells, and the length of the conductive gap shell is the same as that of each line shell; the inner cavity of the conductive gap shell body is a conductive gap which is communicated with the inner cavities of the two line shells. And a plurality of water inlet holes are arranged on the conductive gap shell at intervals along the length direction of the conductive gap shell, and are used for enabling water in the stratum to flow into the conductive gap and be guided into the inner cavities of the two line shells through the conductive gap. The cost and the difficulty of measuring point layout and measuring point maintenance are reduced, and the daily measurement work is simplified.)
【技术领域】
本发明属于地下工程监控量测技术领域，尤其是涉及一种施工过程中地下水位的监测装置及方法。
【背景技术】
在地下工程中，地下水的存在，是影响工程安全、工程进度和工程质量最重要的因素之一，所以需要在施工的全过程中，严密监测地下水的赋存状态，以便及时调整施工措施，科学合理的应对地下水，避免安全事故和工程延期。其中应用最广泛的监测标的即地下水位，通过地面钻孔，下入PVC管，而后通过卷尺水位计测量，测量时向PVC管内放入探头，探头接触管内水面后鸣响，记录下卷尺长度，即为地下水位埋深。
该方法直观易懂，但在实际施工过程中存在不足：一是测点布设不易，需要钻孔和下管，综合成本较高；二是测点布设完毕后，随着工程施工的进行，设备、物料、渣土频繁运转，很容易破坏测点或者堵塞测点，维护工作比较繁重；三是测量慢，不便捷，测量员需手提较重的卷尺水位计，逐渐下放探头直至水面，读数后逐渐收回。
因此，在地下工程施工过程中，需要一种更快更便捷的地下水位测量方法，降低测点布设和测点维护的成本和难度，同时更快、更便捷地进行测量工作。
【
发明内容
】本发明的目的是提供一种施工过程中地下水位的监测方法，以降低测点布设和测点维护的成本和难度，简化日常测量工作。
本发明采用以下技术方案：一种施工过程中地下水位的监测装置，用于竖直埋设于土体中，监测地层中水位的变化；包括：
两根平行且间隔设置的测线，各根测线中均包括一根线芯，两根线芯相互平行，且均采用不导电材质制成；
在各根线芯上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝，各电阻丝均与对应的线芯紧密贴合，两根电阻丝的末端均用于连接导线；各根测线外均各同轴套设有一线壳，各线壳均为两端封闭的圆筒体。
两个线壳间一体连接有一导电隙壳体，导电隙壳体的长度与各线壳的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙，导电隙与两个线壳的内腔均相连通。在导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔，用于使地层中的水流入导电隙中，并通过导电隙导入两个线壳内腔中。
进一步地，该导电隙壳体为长方体状，且其长度与两个线壳的长度相一致。
进一步地，该导电隙壳体的宽度小于5mm。
进一步地，在各根线芯上，电阻丝缠绕的间距均相等。
进一步地，该两根电阻丝的材质相同，长度相同，且缠绕方式相同。
本发明还公开了一种施工过程中地下水位的监测方法，使用上述的一种施工过程中地下水位的监测装置，该方法如下：
步骤一、将该监测装置竖直埋设于土体中；
步骤二、采取初始值：将两根电阻丝末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得初始电阻值为R1；计算得初始地下水位深度为：h1＝R1/2ab；移除欧姆表；
步骤三、再次监测：施工过程中，按施工监测频率再次监测时，将两根电阻丝末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接连接，由欧姆表测得此时电阻值R2；移除欧姆表；计算得此时地下水位深度为：h2＝R2/2ab；
其中：a为电阻丝的单位长度电阻值；
b为电阻丝1的长度与线芯长度的比值，
L为电阻丝缠绕一圈的长度，S为缠绕间距，d为线芯直径。
还包括：
步骤四、由步骤二和步骤三中的地下水位深度，计算得出地下水位的变化值为：h2-h1＝(R2-R1)/2ab。
进一步地，在进水孔处填塞有棉球或纸团，用于阻挡过滤泥沙。
进一步地，在步骤一中，该监测装置竖直插入土体测斜孔或土体分层沉降孔中，绑扎在土体测斜管或分层沉降管外，随对应的管垂直向下插入底部土中；埋设的测线长度大于地下水位的最大变化深度。
本发明的有益效果是：1.测量更快速和方便，只需手持欧姆表，分别联通两根测线，测量电阻值即可，且其以电信号的方式输出，并可以随采随测，有利于进一步实现自动测量。2.测点更容易维护，只需保护好露出的测线，不需担心传统水位管的破坏和堵管。3.可利用土体位移的测量孔，在埋深土体测斜时一并布设，测点布设更为便捷，节约工效和成本。
【附图说明】
图1为一种新型地下水位监测导线横断面示意图；
图2为一种新型地下水位监测导线纵向剖面示意图；
图3为一种地下水位监测计算原理示意图；
其中：1电阻丝，2线芯，3线壳，4导电隙，5进水孔。
【
具体实施方式
】
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种施工过程中地下水位的监测装置，如图1和2所示，用于竖直埋设于土体中，监测地层中水位的变化；包括：两根平行且间隔设置的测线，各根测线中均包括一根线芯2，两根所线芯2相互平行，且均采用不导电材质制成。
在各根线芯2上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝1，各电阻丝1均与对应的线芯2紧密贴合，两根电阻丝1的末端均用于连接导线。在各根线芯2上，电阻丝1缠绕的间距均相等。
各根所述测线外均各同轴套设有一线壳3，各线壳3均为两端封闭的圆筒体；两个线壳3间一体连接有一导电隙壳体，导电隙壳体的长度与各线壳3的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙4，导电隙4与两个线壳3的内腔均相连通。
在导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔5，用于使地层中的水流入导电隙4中，并通过导电隙4导入两个线壳3内腔中。导电隙壳体为长方体状，且其长度与两个线壳3的长度相一致。导电隙壳体的宽度小于5mm。
本发明公开了一种施工过程中地下水位的监测方法，使用上述的一种施工过程中地下水位的监测装置，该方法如下：
步骤一、将该监测装置竖直埋设于土体中，埋设的测线长度大于地下水位的最大变化深度。
步骤二、采取初始值：埋设完毕后，将两根电阻丝1末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得初始电阻值为R1；计算得初始地下水位为：h1＝R1/2ab；移除欧姆表；
步骤三、再次监测：在地下工程施工工程中，按规定监测频率再次监测时，将两根电阻丝1末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接连接，由欧姆表测得此时电阻值R2；移除欧姆表；计算得此时地下水位为：h2＝R2/2ab
步骤四、由步骤二和步骤三中的地下水位，计算得出地下水位的变化值为：h2-h1＝(R2-R1)/2ab；
其中：a为电阻丝1的单位长度电阻值；
b为电阻丝1的长度与线芯2长度的比值，；
L为电阻丝1缠绕一圈的长度，S为缠绕间距，d为线芯2直径。
在步骤一中，所述该监测装置竖直插入土体测斜孔或土体分层沉降孔中，绑扎在土体测斜管或分层沉降管外，随对应的管垂直向下插入底部土中。
该电阻丝1为本发明的核心部件，材质为镍络合金，从综合成本(越细越好)、抗拉强度(越粗越好)和电阻(越细越好)三方面因素考虑，选取截面面积1mm2左右的规格，其电阻约为1Ω/m；线芯2采用不导电高分子材料，如塑料，直径约5mm，；电阻丝1缠绕于线芯2上形成一条测线，电阻丝1缠绕时保持恒定的螺纹距离，使得单位长度的线芯2长度内，缠绕的电阻丝1长度增大，可测电阻值增大，测量精度提高，但电阻丝1缠绕过程中不能接触，即螺纹距离必须大于电阻丝1的直径；缠绕完毕后，将电阻丝1和线芯2快速高温烘烤，使得线芯2表面有轻微熔融，电阻丝1与其初步融固，后续搬运和弯折过程中，电阻丝1缠绕的螺纹距离不会轻易滑脱变化；线壳3为硬塑绝缘材料，分为前后两片，夹持两条测线后，进一步防止电阻丝1与线芯2相对滑脱，缠绕螺纹距离发生变化。导电隙4宽度小于5mm；线壳3前后两片纵向中轴线均设置等间距进水孔5，其直径2mm，地下水可以通过它流入导电隙4，根据连通器原理，水流平衡后，导电隙4中的水位与地下水位等高。地下水位以上的两段电阻丝1与导电隙4中的地下水连通，形成半个通电回路；通过水的导电性，使两条测线的电阻丝1发生电路联通。
测量原理：
假设电阻丝1的单位长度电阻值为aΩ/m，通过定螺距缠绕，使电阻丝1长度为线芯2长度的b倍；
根据立体几何知识，圆柱螺纹线长度计算公式为其中L为圆柱螺纹线长度，S为螺线间距，d为线芯2直径；则
如图3所示，测线垂直埋入地下后，地下水通过进水孔5流入导电隙4，由于水具有导电性，所以联通了线壳3内的左右两根电阻丝1，以水面为分界，位于地下水位以上的电阻丝长度，形成了有效电阻，此时在地面用欧姆表与两根电阻丝相连，可以测得现在的电阻为R1，其由左右两条相等长度的电阻丝1组成，由于两根电阻丝1间距非常小，所以导电隙4中水的电阻可以小到忽略不计，于是每条电阻丝1的电阻为R1/2，根据电阻丝的参数可知，此时：
通路中的电阻丝1总长度为：R1/a；
通路中的线芯2总长度为：R1/ab；
地下水位的埋深为：h1＝(R1/ab)/2＝R1/2ab。
当地下水位下降后，测得电阻值为R2，此时地下水位埋设为h2＝R2/2ab，两次测量之间，地下水位的变化值为h2-h1＝(R2-R1)/2ab。
(1)测点布设：
地下工程施工过程中，需要在施工范围周边布置多种监测孔，如土体测斜、土体分层沉降等，在其成孔后，可将本发明中的测线绑在土体测斜管或分层沉降管外侧，尽量沿管体绑扎，后随管体垂直向下插入土中。
如地层土体颗粒较细，还需在进水孔5处塞一些棉球或纸团，避免泥沙大量进入导电隙4并堆积，产生毛细效益吸水，导致测量结果失准。
管体插至孔底部后，在地面上切除多余的监测导线，将测斜剩余线头引入接线盒，妥善保护。
(2)采取初始值：
测点埋设完毕后，使用欧姆表，将其两极分别与监测导线的两条测线()相连，读出此时的电阻值，记为初始值R1；根据测量原理中的公示，此时地下水位为h1＝R1/2ab；
(3)后续现场测量：
在地下工程施工工程中，按规定监测频率进行数值采集，采集方法与初始值相同，读出此时的电阻值，记为R2；此时地下水位为h2＝R2/2ab。
(4)测量结果计算：
前后两次测量，可以得出地下水位的变化值为h2-h1＝(R2-R1)/2ab。
(5)测点维护：
日常保持测线端头处于接线盒内，悬挂标识牌，禁止大力拉扯，避免线被拉。
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