CN105510206B - 一种注浆扩散三维监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注浆扩散三维监测系统及监测方法，包括放入监测孔内的隔段式传感器，所述的隔断式传感器包括一个中心管、加压管、阻隔器和浆液感应元件，沿着中心管的轴向方向间隔布置有多个阻隔器，每两个阻隔器之间设有固定在中心管上的浆液感应元件，每个阻隔器均与为其加压的加压管连通，所述的每个介质感应元件均通过独立的信号线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位。所述的浆液感应元件感应到浆液后，即时将信号通过导线传送到信号接收器，上述每个浆液感应元件的信号感应及传递均是相互独立的，以实现浆液扩散空间信息的定位。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域，特别是一种注浆扩散三维监测系统及监测方法。
背景技术
随着我国基础设施建设的快速发展，公路铁路隧道、煤矿巷道、地铁、水电硐室等修建越来越广泛。但随着浅部资源的减少甚至枯竭，矿山开采深度越来越深；目前越来越多的隧道建设在高山之中；越来越多的地下工程处在大埋深、软岩、断层构造等恶劣地质环境中，导致岩体稳定控制难度剧增，工程灾害频发。
注浆加固是提高岩体稳定性，保证工程安全的重要技术措施；注浆堵水是目前处理岩土工程中突涌水问题的主要技术。但是，由于目前注浆技术发展仍不完善，导致注浆效果得不到保障，最为突出的问题是：由于岩土体中存在大量无法直接观察的贯通裂隙，注浆过程中浆液如何扩散、扩散到什么范围等信息无法获取，导致注浆策略的制定非常被动。比如在裂隙发育严重的围岩中注浆时，经常遇到浆液压力从开始到结束一直保持在很低的水平，浆液仅沿优势通道扩散的情况，甚至有时浆液仅沿一个方向扩展至注浆孔外10m～20m以外而注浆孔周边其它方向围岩裂隙没有任何浆液填充的情况。在此条件下，虽然注浆量很大，但是对围岩裂隙的整体填充率却很低，无法在围岩中形成连续的充填加固区域，不能达到预期加固效果，而且还浪费了材料。
因此，注浆过程中浆液扩散模式、扩散参数的监测对于注浆加固机理研究、技术发展、方案优化具有重要价值。但是目前尚没有相应的设备和技术能够有效、定量、实时的监测到浆液的三维扩散信息。因此，目前亟待开发一种监测系统及方法解决上述问题。
发明内容
本发明公开了一种注浆扩散三维监测系统及监测方法，能够在注浆过程中准确、定量、实时获取浆液的三维扩散信息。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种注浆扩散三维监测系统，包括放入监测孔内的隔段式传感器，所述的隔断式传感器包括一个中心管、加压管、阻隔器和浆液感应元件，沿着中心管的轴向方向间隔布置有多个阻隔器，每两个阻隔器之间设有固定在中心管上的浆液感应元件，每个阻隔器均与为其加压的加压管连通，所述的每个介质感应元件均通过独立的信号线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位。所述的浆液感应元件感应到浆液后，即时将信号通过导线传送到信号接收器，上述每个浆液感应元件的信号感应及传递均是相互独立的，以实现浆液扩散空间信息的定位。
进一步的，所述的加压管向阻隔器内充入高压气体或液体，实现阻隔器的侧向膨胀或收缩；当通过加压管向当阻隔器内充入高压气(液)体时，阻隔器侧向膨胀，并最终与监测孔的孔壁接触并密贴，达到封隔的目的；当阻隔器内气压降低时，解除封隔作用。
进一步，阻隔器的间隔越小，感应单元数量越多，浆液扩散信息的监测精度和定位精度越高。
进一步的，所述的浆液感应元件是一种对浆液反映敏感的感应元件。
进一步的，所述的监测孔设置在注浆孔的周围，所述的中心管、加压管均设置在监测孔内，且加压管与中心管平行设置。
使用时，隔段式传感器布置在注浆孔周围，阻隔器膨胀后，每个隔段式传感器上的浆液感应元件被相互隔离，且分布在不同深度，由此形成了注浆孔周围的三维布控状态；当浆液通过裂隙运移到若干浆液感应单元时，便获取了即时的浆液扩散的三维空间信息，从而实现三维实时监测。
本发明监测系统的监测方法如下：
1、根据需要在岩土体中的注浆孔周围钻出若干监测孔，并清理测孔中的杂质；所述的监测孔的直径应当略大于隔段式传感器的外径，以同时满足隔段式传感器的放入并满足隔段需要；一般来讲，监测孔的深度大于注浆孔的深度；所述的监测孔越多、越密，监测精度越高。
2、检测阻隔器的密闭性满足要求后，将隔段式传感器放入监测孔；
3、将信号线连接到信号采集器；
4、根据每个注浆孔、隔段式传感器的相对位置及深度，测算每个浆液感应元件的坐标并编号；
5、通过加压管向阻隔器内充入高压气体(或液体)并保持，阻隔器内的压力应大于注浆压力；
6、待加压管内的压力稳定后打开信号采集器；
7、通过注浆管开始向注浆孔注入浆液；此过程中浆液将会沿着岩土体中的裂隙、缝隙等进行扩散，部分浆液最终会与某隔段式传感的某浆液感应元件接触，该浆液感应元件将信号传送至信号采集器；由于每个浆液感应元件均处在不同的位置且独立编号，因此可以准确定位浆液扩散信息所在位置；
8、监测结束，通过加压管释放压力，拔出隔段式传感器。
进一步的，所述的阻隔器的作用在于充气(液)后可将浆液感应元件分隔在一个个相互独立的感应单元内，以此保证每个感应单元中的感应元件，能且只能感应到从与自身所在感应单元联通的裂隙传导过来的浆液，从而实现浆液扩散信息深度方向的定位。
本发明达到的有益效果是：
由于采用了隔段式传感器，可以可将浆液感应元件分隔在一个个相互独立的感应单元内，以此保证每个感应单元中的感应元件，能且只能感应到从与自身所在感应单元联通的裂隙传导过来的浆液，从而实现浆液扩散信息孔深方向的定位；同时在注浆孔周围布置多个隔段式传感器，实现浆液感应元件的三维空间布控。基于此，可在注浆过程中实时监测浆液在三维空间的扩散情况，为注浆机理研究、技术改进、方案优化等提供重要参考。同时，本发明专利隔段式传感器可大可小，可长可短，可根据现场需要任意调节其尺寸，具有广泛的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为1-1剖面图；
图3为A部放大图；
图4为2-2剖面图。
图中：1-注浆孔；2-监测孔；3-注浆管；4-止浆塞；5-隔段式传感器；6-岩体；7-裂隙；8-中心管；9-加压管；10-阻隔器；11-浆液感应元件；12-信号线；13-信号采集器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步阐述：
本发明监测系统主要由隔段式传感器5、信号线12、信号采集器13等构成。使用时，隔段式传感器5放入监测孔2，通过信号线12与信号采集器13相连。
所述的隔段式传感器5包括中心管8、加压管9、阻隔器10和浆液感应元件11组成。中心管8上间隔布置有若干阻隔器10，在每两个阻隔器10之间的设置有浆液感应元件11，浆液感应元件11固定在中心管8上；每个浆液感应元件11均通过独立的信号线12与信号采集器13相连，所述的浆液感应元件11感应到浆液后，即时将信号通过导线10传送到信号接收器，上述每个浆液感应元件的信号感应及传递均是相互独立的，以实现浆液扩散空间信息的定位。
所述的加压管9联通每一个阻隔器10，可以通过加压管9向阻隔器10内充入高压气体；当通过加压管9向当阻隔器10内充入高压气(液)体时，阻隔器10侧向膨胀，并最终与监测孔2的孔壁接触并密贴，达到封隔的目的；当阻隔器10内气压降低时，解除封隔作用。所述的阻隔器10的作用在于充气后可将浆液感应元件分隔在一个个相互独立的感应单元内，以此保证每个感应单元中的感应元件，能且只能感应到从与自身所在感应单元联通的裂隙传导过来的浆液，从而实现浆液扩散信息深度方向的定位。阻隔器10的间隔越小，感应单元数量越多，浆液扩散信息的监测精度和定位精度越高。
所述的浆液感应元件11是一种对浆液反映敏感的感应元件，如在无水岩土体中监测水泥浆液或其他含水浆液扩散时，可采用水浸传感器；如在含水岩土体中使用时，可在浆液中加入敏感介质，浆液感应元件11选用对应的感应元件；如采用化学浆液时，可采用对化学浆液显著特性敏感的感应元件，如酸碱感应元件、温度感应元件。
使用时，隔段式传感器5布置在注浆孔1周围，阻隔器10膨胀后，每个隔段式传感器5上的浆液感应元件11被相互隔离，且分布在不同深度，由此形成了注浆孔1周围的三维布控状态；当浆液通过裂隙7运移到若干浆液感应单元11时，便获取了即时的浆液扩散的三维空间信息，从而实现三维实时监测。
本发明监测系统的监测方法如下：
1、根据需要在岩土体6中的注浆孔1周围钻出若干监测孔2，并清理测孔中的杂质；所述的监测孔2的直径应当略大于隔段式传感器5的外径，以同时满足隔段式传感器5的放入并满足隔段需要；一般来讲，监测孔2的深度大于注浆孔1的深度；
2、检测阻隔器10的密闭性满足要求后，将隔段式传感器5放入监测孔2；
3、将信号线12连接到信号采集器13；
4、根据每个注浆孔1、隔段式传感器5的相对位置及深度，测算每个浆液感应元件11的坐标并编号；
5、通过加压管9向阻隔器10内充入高压气体(或液体)并保持，阻隔器10内的压力应大于注浆压力；
6、待加压管9内的压力稳定后打开信号采集器13；
7、通过注浆管3开始向注浆孔1注入浆液；此过程中浆液将会沿着岩土体中的裂隙7、缝隙等进行扩散，部分浆液最终会与某隔段式传感器5的某浆液感应元件11接触，该浆液感应元件11将信号传送至信号采集器13；由于每个浆液感应元件11均处在不同的位置且独立编号，因此可以准确定位浆液扩散信息所在位置；
8、监测结束，通过加压管9释放压力，拔出隔段式传感器5。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种注浆扩散三维监测方法，其特征在于：该方法采用的系统包括放入监测孔内的隔段式传感器，所述的隔断式传感器包括一个中心管、加压管、阻隔器和浆液感应元件，沿着中心管的轴向方向其上间隔布置有多个阻隔器，每两个阻隔器之间设有固定在中心管上的浆液感应元件，每个阻隔器均与为其加压的加压管连通，所述的每个浆液感应元件均通过独立的信号线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位；具体步骤如下：
步骤1根据需要在岩土体中的注浆孔周围钻出若干监测孔，并清理测孔中的杂质；
步骤2检测阻隔器的密闭性满足要求后，将隔段式传感器放入监测孔；
步骤3将隔段式传感器的信号线连接到信号采集器；
步骤4根据每个注浆孔、隔段式传感器的相对位置及深度，测算每个浆液感应元件的坐标并编号；
步骤5通过加压管向阻隔器内充入高压气体或液体并保持，阻隔器内的压力应大于注浆压力；
步骤6待加压管内的压力稳定后打开信号采集器；
步骤7通过注浆管开始向注浆孔注入浆液；此过程中浆液将会沿着岩土体中的裂隙、缝隙等进行扩散，部分浆液最终会与某隔段式传感的某浆液感应元件接触，该浆液感应元件将信号传送至信号采集器；通过每个浆液感应元件所处的位置及编号，准确定位浆液扩散信息所在位置；
步骤8监测结束，通过加压管释放压力，拔出隔段式传感器。
2.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于，所述的加压管向阻隔器内充入高压气体或液体，实现阻隔器的侧向膨胀。
3.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于，所述的阻隔器的间隔距离与浆液感应元件的数量成反比。
4.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于，所述的浆液感应元件是一种对浆液反应敏感的感应元件。
5.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于，所述的监测孔设置在注浆孔的周围，所述的中心管、加压管均设置在监测孔内，且加压管与中心管平行设置。
6.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于：所述的监测孔的直径应当略大于隔段式传感器的外径，以同时满足隔段式传感器的放入并满足隔段需要。
7.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于：所述的监测孔的深度大于注浆孔的深度，且所述的监测孔越多、越密，监测精度越高。
8.如权利要求1所述的注浆扩散三维监测方法，其特征在于：所述的阻隔器充气体或液体后将浆液感应元件分隔在一个个相互独立的感应单元内，以此保证每个感应单元中的感应元件，能且只能感应到从与自身所在感应单元联通的裂隙传导过来的浆液，从而实现浆液扩散信息深度方向的定位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |