一种施工过程中地下水位的监测装置及方法

【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R

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R

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：h

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R

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R

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：h

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1mm

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

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R

通路中的电阻丝1总长度为：R

通路中的线芯2总长度为：R

地下水位的埋深为：h

当地下水位下降后，测得电阻值为R

(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R

(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R

(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h

(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。