CN102359752A - 模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置及布设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置及布设方法，利用监测装置实现监测的步骤如下：1）向模型架内填筑相似材料，并逐层夯实，当填筑到要布设多点位移计的平面时停止填料将监测元件放置在设计好的位置上；2）模型体采用两端开挖，对两端掘进面的挤出变形都要监测；3）调整好导向装置的位置使其一端与隧道轴线平行，另一端与隧道轴线垂直，并调整钢丝线的长度使其处于合适的长度；4）填筑相似材料覆盖并固定监测元件；5）拉直垂直于隧道轴线的钢丝线，使其与导向滑轮良好接触并穿过模型体与其上面的光栅尺相连；6）逐层填筑相似材料直到整个模型体的相似材料都填筑完毕。

Description

模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置及布设方法

技术领域

    本发明涉及一种模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置及布设方法，属于试验模型领域。

背景技术

模型试验中布设的监测元件主要用于监测模型体内填筑的相似材料的应变值以及位移值，监测元件的布设位置以及布设方法对试验结果的准确性和可靠性都有重要的影响。

模型试验中位移的监测可以采用多点位移计来完成，布设多点位移计时埋设在模型体内的部分通过引出的钢丝线与千分表或者光栅尺相连。现有的多点位移计只能按照直线引线与千分表或光栅尺相连，无法改变引出的钢丝线的方向，对于隧/巷道掘进面以外的部分都可以按直线引出与千分表或者光栅尺相连而不需要变向，但是对于埋设在掘金面内的多点位移计则不同，掘金面内的多点位移计用于监测掘金面前方的位移，钢丝线无法按照直线直接引出与千分表或者光栅尺相连，需要转90度，从模型体上部引出与千分表或者光栅尺相连。如果强行改变多点位移计的方向会增大多点位移计的摩擦力，引起监测结果的误差。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置与布设方法，本发明结构简单、布设方便、摩擦较小，监测结果准确。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置，包括钢丝线和折弯的管道，所述管道内设有多个滑块，管道的折弯处设有导向滑轮，所述钢丝线经多个滑块的圆柱孔和导向滑轮穿过所述管道；所述钢丝线的一端与光栅尺相连，另一端与微型测点锚头相连。

所述管道为聚四氟乙烯管，滑块为聚四氟乙烯滑块，且聚四氟乙烯滑块的直径与聚四氟乙烯管内径相同。

所述导向滑轮焊接在变向装置的中间位置。

所述微型锚头为一五角形钢片，一面朝向开挖面，一面与钢丝线相连。

隧道开挖过程中，掌子面都有一定的挤出变形，当开挖到离埋设的微型测点锚头一定的距离后，掌子面的挤出变形会引起微型测点锚头的移动，微型测点锚头带动钢丝线移动，千分表或光栅尺就会记录到产生的位移。

模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置的布设方法，包括以下步骤：

1）向模型体内填筑相似材料并逐层夯实，当填筑到要布设多点位移计的平面时停止填料将监测元件放置在设计好的位置上。

2）模型体采用两端开挖，对两端掘进面的挤出变形都要监测，对先开挖的一端，布设的多点位移计的微型测点锚头朝向该端的掘进面，对后开挖的一端布设的多点位移计的微型测点锚头朝向该端的掘进面，每一端的多点位移计的数量根据设计要求布设。

3）调整好导向装置的位置使其一端与隧道轴线平行，另一端与隧道轴线垂直，并调整钢丝线的长度使其处于合适的长度。

4）填筑相似材料覆盖并固定监测元件。

5）拉直垂直于隧道轴线的钢丝线，使其与导向滑轮良好接触并穿过模型体与其上面的光栅尺相连。

6）逐层填筑相似材料直到整个模型体的相似材料都填筑完毕。

本发明解决了模型试验中隧/巷道掘进面前方挤出变形监测的问题，使得模型试验的监测数据更加准确全面，本发明具有以下优点：

1）本发明的监测装置结构简单、制作方便、成本低廉。

2）本发明的布设方法简单可行，不需要复杂的操作，能够保证一次性布设成功。

3）根据设计的需要，模型体的掘进面前方内还可以布设多个多点位移计。

4）监测装置体积较小，埋设在模型体内对试验数据的影响很小。

5）通过本发明监测到的数据结果准确可靠，能够为实际工程的设计施工提供指导。

附图说明

图1模型体的三维立体简图；

图2模型体剖面图；

图3多点位移计详图；

图4微型测点锚头详图；

其中： 1、模型体，2、相似材料，3、隧道轮廓，4、多点位移计，5、千斤顶和加压板，6、反力梁， 7、微型测点锚头，8、聚四氟乙烯管，9、导向滑轮，10、变向装置，11、聚四氟乙烯滑块，12、钢丝线，13、光栅尺。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

图3中，模型试验中隧（巷）道掘进面前方挤出变形监测装置，包括微型测点锚头7、聚四氟乙烯管8、导向滑轮9、变向装置10、聚四氟乙烯滑块11、钢丝线12、聚四氟乙烯滑块11插入到聚四氟乙烯管8中。微型测点锚头7用于捕捉掌子面的挤出变形；钢丝线12穿过聚四氟乙烯滑块11，一端与图2中光栅尺13相连，另一端通过强力胶与微型测点锚头7相连，起到连接作用，将微型测点锚头7捕捉到的位移型号传递给光栅尺13；，聚四氟乙烯管11用于保护钢丝线12；变向装置10用于改变钢丝线12的走向；导向滑轮9用于减小钢丝线12与聚四氟乙烯管8以及变向装置10的摩擦阻力，使整个装置更加灵敏，测量精度更高。

在隧道开挖过程中，隧道的掌子面都有一定的挤出变形，掌子面挤出产生变形后会带动微型测点锚头7移动，产生一定的位移，微型测点锚头7产生的位移通过钢丝线12传递到光栅尺13，从而测出掌子面的挤出变形。

所述聚四氟乙烯滑块11的直径与聚四氟乙烯管8内径相同。

所述聚四氟乙烯滑块11的圆心处有一个直径比钢丝线12略大的圆柱孔。

所述变向装置10硬度较大的钢片制作而成，其内部中间位置焊接有导向滑轮9。

模型试验中隧（巷）道掘进面前方挤出变形监测装置的布设方法，包括以下步骤：

1）如图2所示，向模型体1内填筑相似材料，并逐层夯实，当填筑到要布设多点位移计4的平面（人为规定的）停止填料将多点位移计4放置在设计好的位置上。所填筑的相似材料由铁粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶组成，铁粉，重晶石粉，石英砂的质量比为1：1.2:0.38,松香酒精溶液的摩尔浓度为10%。

2）模型体采用两端开挖，对两端掘进面的挤出变形都要监测，对先开挖的一端，布设的图2中的多点位移计4的微型测点锚头，如图4所示A面朝向该端的掘进面，对后开挖的一端布设的图2中的多点位移计4的微型测点锚头，如图4所示A面朝向该端的掘进面，每一端的多点位移计4的数量根据设计要求布设。

3）调整好变向装置10的位置使其一端与隧道轴线平行，另一端与隧道轴线垂直，并调整钢丝线12的长度使其处于合适的长度。

4）填筑相似材料2覆盖多点位移计4已经布设好的部分将多点位移计4固定。

5）图3中，拉直垂直于隧道轴线的钢丝线12，使其与导向滑轮9良好接触并穿过图2中模型体的加压板5和反力梁6与模型体1顶部的光栅尺13（如图1所示）相连。

6）逐层填筑相似材料2直到整个模型体的相似材料都填筑完毕。

Claims (5)

1.一种模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置，其特征是，包括钢丝线和折弯的管道，所述管道内设有多个滑块，管道的折弯处设有导向滑轮，所述钢丝线经多个滑块的圆柱孔和导向滑轮穿过所述管道；所述钢丝线的一端与光栅尺相连，另一端与微型测点锚头相连。

2.如权利要求1所述的模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置，其特征是，所述管道为聚四氟乙烯管，滑块为聚四氟乙烯滑块，且聚四氟乙烯滑块的直径与聚四氟乙烯管内径相同。

3.如权利要求1所述的模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置，其特征是，所述导向滑轮焊接在变向装置的中间位置。

4.如权利要求1所述的模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置，其特征是，所述微型锚头为一五角形钢片，一面朝向开挖面，一面与钢丝线相连。

5.一种采用权利要求1所述的模型试验中隧/巷道掘进面前方变形监测装置的布设方法，其特征是，包括以下步骤：

1）向模型体内填筑相似材料，并逐层夯实，当填筑到要布设多点位移计的平面时停止填料，将监测元件放置在设计好的位置上；

2）模型体采用两端开挖，对两端掘进面的挤出变形都要监测，对先开挖的一端，布设的多点位移计的微型测点锚头朝向该端的掘进面，对后开挖的一端布设的多点位移计的微型测点锚头朝向该端的掘进面，每一端的多点位移计的数量根据设计要求布设；

3）调整好导向装置的位置使其一端与隧道轴线平行，另一端与隧道轴线垂直，并调整钢丝线的长度使其处于合适的长度；

4）填筑相似材料覆盖并固定监测元件；

5）拉直垂直于隧道轴线的钢丝线，使其与导向滑轮良好接触并穿过模型体与其上面的光栅尺相连；

6）逐层填筑相似材料直到整个模型体的相似材料都填筑完毕。

Images