CN107882568A - 一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置及方法，由固定密封基座、注浆管和排气、排水管以及传感器装置构成；所述的固定密封基座的中心位置固定有传感器装置，所述的传感器装置与带有护管的测杆相连，所述的固定密封基座上设有注浆通道和排气、排水通道，其中注浆通道安装注浆管，排气、排水通道安装排气、排水管；所述的注浆管、排气、排水管均延伸到固定密封基座的两侧；通过排气、排水管的回浆确定注浆结束时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置及方法
背景技术
隧道围岩的变形监测是隧道施工过程中的一项重要内容。围岩变形信息是围岩与周围环境等各种因素综合作用的结果，是工程围岩稳定性的真实反映。围岩周边位移是围岩与支护系统力学形态变化最直接最明显的反应，是建立监测结果反馈的基础。在隧道工程施工中，位移监测不仅能揭示隧道开挖后围岩的变形规律，对围岩稳定性作出判断，对施工地质灾害进行预测，还可据此修改初步设计、指导施工，为初始地应力和地层材料特性参数反演提供参数。因此，它是信息化施工得以实现的一个重要环节。
为了保证隧道施工安全和高效，隧道围岩内部变形监测十分重要。目前，隧道围岩内部位移监测采用的仪器主要为位移计。作为一种成本相对低廉、原理简单、测试结果可靠的现场测试方法，具有不可比拟的优越性。
使用单点位移计进行围岩内部位移监测时，位移计的埋设是一个重要环节，位移计锚头锚固的质量直接决定了测得数据的准确性，这些都与注浆过程密不可分，可以说注浆过程是位移计安装的关键。
目前，在传统的单点位移计注浆过程中，主要存在的缺陷如下：
1.传统单点位移计在注浆时，一般利用位移计基座与围岩之间的空隙，插入注浆管，进行注浆。这就导致注浆空间为一个未封闭的空间，在对隧道拱顶、拱腰进行反向埋设注浆时，如果空间未封闭，在混凝土拌合物自身重力作用下，随着空隙外渗出，对工人施工的安全和效率造成很大困扰，使得后期注浆十分困难，注浆不充分，锚头无法正常锚固。
2.在对传统单点位移隧道拱顶、拱腰进行反向埋设注浆时，由于混凝土拌合物是自下而上注入，上部测杆锚头附近出现积水，会出现离析现象，再加上空气混入，使得测杆锚头无法正常锚固，影响实验数据的准确性。
3.传统单点位移计在注浆时，由于位移计开始未进行固定，使得锚头、连接杆发生初始位移，对实验数据造成影响。
4.传统单点位移计在注浆时，由于注浆过程是在围岩内部进行，对注浆结束时间无法进行准确判断，如果注浆不充分，锚头无法正常锚固，就会影响实验数据的准确性，如果注浆时间过长，就会对工程资源造成浪费。
如何在单点位移计的埋设过程中，进行合理、可控和高效的注浆，是目前亟待解决的一个技术难题。
发明内容：
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置及方法，本发明在传统单点位移计的基础上，增加了注浆通道，排气、排水通道以及固定密封装置。本发明解决了单点位移计在注浆以及测量锚头锚固方面的困难，大大方便了监测人员现场的工作，提高了位移监测数据的准确性。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，由固定密封基座、注浆管和排气、排水管以及传感器装置三部分构成；所述的固定密封基座的中心位置固定有传感器装置，所述的传感器装置与带有护管的测杆相连，所述的固定密封基座上设有注浆通道和排气、排水通道，其中注浆通道安装注浆管，排气、排水通道安装排气、排水管；所述的注浆管、排气、排水管均延伸到固定密封基座的两侧；通过排气、排水管的回浆确定注浆结束时间。
进一步的，所述固定密封基座包括固定部分和密封部分，固定部分为位于基座周边均匀分布的四个固定螺栓，密封部分为位于基座边缘的密封橡胶圈，固定密封基座位于整个装置的末端。
进一步的，所述注浆管位于基座的右侧靠近中心传感器装置，所述排气、排水管位于基座的左侧靠近中心传感器装置。
优选的，所述的固定密封基座直径为150mm，厚度为10mm。
优选的，所述固定螺栓直径为10mm，采用大直径螺栓是为了更好的固定基座。
优选的，所述密封橡胶圈内径140mm，外径150mm，厚度为5mm，方便对注浆口进行密封。
优选的，所述用于安装注浆管的注浆通道，其内径为20mm，可外接注浆管，内部可加PC管延长，采用插拔式连接，方便注浆管的加长。
优选的，所述用于安装排气、排水管的排气、排水通道，其内径为20mm，可外接排气、排水管，内部可加PC管延长，采用插拔式连接，方便排气、排水。
应用单点位移计注浆装置的方法，步骤如下：
单点位移计的埋设主要分为正向埋设和反向埋设两类。正向埋设包括垂直向下埋设、倾斜向下埋设；反向埋设包括垂直向上埋设、倾斜向上埋设、水平埋设。根据不同的埋设方法采用不同的注浆装置及注浆方法。
(1)正向埋设注浆
A、测量放点、钻孔
将带有护管的测杆、测杆锚头与固定密封基座连接；
B、安装注浆管
外置注浆管从注浆通道引出，内置注浆管由注浆通道伸入钻孔内，长度比测杆锚头长出20cm以上；
C、安装排气、排水管
外置排气、排水管从另一个排气、排水通道引出，内置排气、排水管由该排气、排水通道伸入孔内50cm左右；
D、固定基座
通过固定螺栓将基座与隧道围岩固定，注意固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈与围岩紧密贴合，提高密封性；
E、注浆
将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌；注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、排水管口及注浆口。注浆时要防止杆体和锚头移动。
(2)反向埋设注浆
A、测量放点、钻孔
将带有护管的测杆、测杆锚头与固定密封基座连接；
B、安装注浆管
外置注浆管从注浆通道引出，内置注浆管由注浆通道伸入钻孔内50cm左右；
C、安装排气、排水管
外置排气、排水管从排气、排水通道引出，内置排气、排水管由该排气、排水通道伸入钻孔内，长度比测杆锚头长出20cm以上，以保证注浆时空气能完全排出，并且保证排气、排水管回浆时，测杆锚头被混凝土拌合物可靠的包裹；
D、固定基座
通过固定螺栓将基座与隧道围岩固定，注意固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈与围岩紧密贴合，提高密封性；
E、注浆
将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌。注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、注浆口。注浆时要防止杆体和锚头移动。
本发明的有益效果是：
本发明单点位移计注浆装置采用组合式结构，将注浆管和位移测量放在了同一套装置中，使注浆工序与位移监测紧密结合，避免了单独注浆过程带来的注浆空间不密封，浆液外漏，注浆安全问题的影响。在隧道施工的复杂的情况下，可以快速的完成位移计的埋设，并且极大地降低注浆难度，有效的提高了施工人员的工作效率和安全，同时工程资源也得到高效利用。
本发明单点位移计注浆装置含有的固定密封基座，其中密封橡胶圈对位移计与钻孔、围岩之间进行了有效的密封，确保注浆空间的密闭性。固定螺栓使得位移计在埋设开始时就被固定，将锚头、连接杆的初始位移减小到最小，极大地减小了仪器扰动对实验数据造成的影响。
装置含有的注浆通首先克服了在传统单点位移计使用时，基座与围岩之间的空间不封闭问题。在注浆时，利用注浆通道取代了传统位移计基座与围岩间的空隙，加上基座边缘的密封橡胶线圈，使得注浆时，注浆空间为密闭空间，将混凝土拌合物封闭在注浆空间内，极大提高了注浆工人的安全性。同时，在注浆时，只需将注浆仪器与外设注浆管连接，即可注浆，无需处理浆液外漏问题，操作简便。传统的单点位移计一般只用于垂直向下埋设、倾斜向下埋设等正向埋设，对于垂直向上埋设、倾斜向上埋设、水平埋设等反向埋设，一般无法操作，所以在隧道传统位移计监测时，一般只埋设在拱脚、拱底位置，对拱顶、拱腰无法埋设。而本发明装置对位移计的两种埋设都可进行，适用性广。
装置含有的排气、排水通道可减小注浆时钻孔内部压力，通过排气、排水管的回浆可确定注浆结束时间。传统的单点位移计，在隧道拱顶、拱腰进行反向埋设注浆时，随着注浆过程的深入，空气无法及时排出，上部空气压力不断变大，加上需要克服混凝土拌合物自身重力，使得后期注浆十分困难。加设排气、排水管，可将空气及时排出，减小注浆压力。同时排气、排水管也可将混凝土拌合物发生离析时的上部积水及时排除，提高混凝土的固定效果，提高数据的准确性。同时排气、排水管的设置也解决了传统位移计对注浆结束时间无法准确判断的问题。利用排气、排水管的回浆，及排气、排水管浆面稳定情况，可判断注浆结束时间，提高锚头固定效果和采集数据的准确性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1、图2、图3为反向注浆装置示意图；
图中，1固定密封基座，11基座固定螺栓，12橡胶圈，2注浆通道，21外置注浆管，22内置注浆管，3排气、排水通道，31外置排气、排水管，32内置排气、排水管，4传感器装置，5带有护管的测杆，6测杆锚头，7电缆线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分:本发明中所述的排气、排水管为同一根管子，即可以用于排水，也可以用于排气。排气、排水通道也是为同一个通道。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在以下问题：
1.传统单点位移计在注浆时，一般利用位移计基座与围岩之间的空隙，插入注浆管，进行注浆。这就导致注浆空间为一个未封闭的空间，在对隧道拱顶、拱腰进行反向埋设注浆时，如果空间未封闭，在混凝土拌合物自身重力作用下，随着空隙外渗出，对工人施工的安全和效率造成很大困扰，使得后期注浆十分困难，注浆不充分，锚头无法正常锚固。
2.在对传统单点位移隧道拱顶、拱腰进行反向埋设注浆时，由于混凝土拌合物是自下而上注入，上部测杆锚头附近出现积水，会出现离析现象，再加上空气混入，使得测杆锚头无法正常锚固，影响实验数据的准确性。
3.传统单点位移计在注浆时，由于位移计开始未进行固定，使得锚头、连接杆发生初始位移，对实验数据造成影响。
4.传统单点位移计在注浆时，由于注浆过程是在围岩内部进行，对注浆结束时间无法进行准确判断，如果注浆不充分，锚头无法正常锚固，就会影响实验数据的准确性，如果注浆时间过长，就会对工程资源造成浪费。
为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置及方法，本发明在传统单点位移计的基础上，增加了注浆通道，排气、排水通道以及固定密封装置。本发明解决了单点位移计在注浆以及测量锚头锚固方面的困难，大大方便了监测人员现场的工作，提高了位移监测数据的准确性。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3所示，为反向注浆时的结构图，如果是正向注浆时，注浆装置与排气、排水装置互换即可；
具体的，适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，包括固定密封基座1，基座固定螺栓11，橡胶圈12，注浆通道2，外置注浆管21，内置注浆管22，排气、排水通道3，外置排气、排水管31，内置排气、排水管32，传感器装置4，带有护管的测杆5，测杆锚头6，电缆线7；
固定密封基座1的中心位置设置有传感器装置4，所述的传感器装置4的电缆线7与其他设备相连，且传感器装置4与带有护管的测杆5相连，测杆的头部是测杆锚头6；所述的固定密封基座1上设有注浆通道2和排气、排水通道3，其中注浆通道2安装外置注浆管21和内置注浆管22，排气、排水通道3安装内置排气、排水管32和外置排气、排水管31；所述的注浆管、排气、排水管均延伸到固定密封基座的两侧；通过排气、排水管的回浆确定注浆结束时间。
本发明单点位移计注浆装置采用组合式结构，将注浆管和位移测量放在了同一套装置中，操作简便，适用性广，在隧道施工的复杂的情况下，可以快速的完成位移计的埋设，并且极大地降低注浆难度，有效的提高了施工人员的工作效率和安全。
固定密封基座包括固定部分和密封部分，固定部分为位于基座周边均匀分布的四个固定螺栓11，密封部分为位于基座边缘的密封橡胶圈12，固定密封基座位于整个装置的末端。
注浆装置位于基座的右侧靠近中心传感器装置，所述排气、排水管位于基座的左侧靠近中心传感器装置。
固定密封基座直径为150mm，厚度为10mm。固定螺栓直径为10mm，采用大直径螺栓是为了更好的固定基座；密封橡胶圈内径140mm，外径150mm，厚度为5mm，方便对注浆口进行密封。
用于安装注浆管的安装通道，其内径为20mm，可外接注浆管，内部可加PC管延长，采用插拔式连接，方便注浆管的加长。
用于安装排气、排水管的安装通道，其内径为20mm，可外接排气、排水管路，内部可加PC管延长，采用插拔式连接，方便排气、排水。
使用时，基座固定螺栓11将位移计固定在围岩上，橡胶圈12将钻孔空间与外界封，外置注浆管21、内置注浆管22与注浆通道2构成注浆系统进行注浆，外置排气、排水管31、内置排气、排水管32与排气通道3构成排气系统同时控制注浆时间，当排气、排水管中回浆时，停止注浆。
利用上述装置进行注浆的方法，包括步骤如下：
(1)正向埋设注浆
A、测量放点，钻孔，将带有护管的测杆5、测杆锚头6等附件与固定密封基座1连接。
B、安装注浆管。外置注浆管21从注浆通道2引出，内置注浆管22由注浆通道2)伸入钻孔内，长度比测杆锚头长出20cm以上。
C、安装排气、排水管。外置排气、排水管31从排气通道3引出，内置排气、排水管32由排气通道3)伸入孔内50cm左右。
D、固定基座。通过固定螺栓11将基座与隧道围岩固定，注意固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈12与围岩紧密贴合，提高密封性。
E、注浆。将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌。注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、注浆口。注浆时要防止杆体和锚头移动。
(2)反向埋设注浆
A、测量放点，钻孔，将带有护管的测杆5、测杆锚头6等附件与固定密封基座1连接。
B、安装注浆管。外置注浆管21从注浆通道2引出，内置注浆管22由注浆通道2伸入钻孔内50cm左右。
C、安装排气、排水管。外置排气、排水管31从排气通道3引出，内置排气、排水管32由排气通道3伸入钻孔，长度比测杆锚头长出20cm以上，以保证注浆时空气能完全排出，并且保证排气、排水管回浆时，测杆锚头被混凝土拌合物可靠的包裹。
D、固定基座。通过固定螺栓11将基座与隧道围岩固定，注意固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈12与围岩紧密贴合，提高密封性。
E、注浆。将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌。注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、注浆口。注浆时要防止杆体和锚头移动。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，由固定密封基座、注浆管和排气、排水管以及传感器装置构成；所述的固定密封基座的中心位置固定有传感器装置，所述的传感器装置与带有护管的测杆相连，所述的固定密封基座上设有注浆通道和排气、排水通道，其中注浆通道安装注浆管，排气、排水通道安装排气、排水管；所述的注浆管、排气、排水管均延伸到固定密封基座的两侧；通过排气、排水管的回浆确定注浆结束时间。
2.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，所述固定密封基座包括固定部分和密封部分，固定部分为位于基座周边均匀分布的四个固定螺栓，密封部分为位于基座边缘的密封橡胶圈，固定密封基座位于整个装置的末端。
3.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，所述注浆管位于基座的右侧靠近中心传感器装置，所述排气、排水管位于基座的左侧靠近中心传感器装置。
4.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，所述的固定密封基座直径为150mm，厚度为10mm。
5.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，优选的，所述密封橡胶圈内径140mm，外径150mm，厚度为5mm。
6.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，所述用于安装注浆管的注浆通道，其内径为20mm，可外接注浆管，内部可加PC管延长，采用插拔式连接。
7.如权利要求1所述的适用于隧道工程中单点位移计注浆装置，其特征在于，所述用于安装排气、排水管的排气、排水通道，其内径为20mm，可外接排气、排水管，内部可加PC管延长，采用插拔式连接。
8.利用权利要求1所述的单点位移计注浆装置进行正向埋设注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、测量放点、钻孔
将带有护管的测杆、测杆锚头与固定密封基座连接；
B、安装注浆管
外置注浆管从注浆通道引出，内置注浆管由注浆通道伸入钻孔内，长度比测杆锚头长出20cm以上；
C、安装排气、排水管
外置排气、排水管从另一个排气、排水通道引出，内置排气、排水管由该排气、排水通道伸入孔内50cm左右；
D、固定基座
通过固定螺栓将基座与隧道围岩固定，固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈与围岩紧密贴合；
E、注浆
将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌；注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、注浆口。注浆时要防止杆体和锚头移动。
9.利用权利要求1所述的单点位移计注浆装置进行反向埋设注浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、测量放点、钻孔
将带有护管的测杆、测杆锚头与固定密封基座连接；
B、安装注浆管
外置注浆管从注浆通道引出，内置注浆管由注浆通道伸入钻孔内50cm左右；
C、安装排气、排水管
外置排气、排水管从排气、排水通道引出，内置排气、排水管由该排气、排水通道伸入钻孔内，长度比测杆锚头长出20cm以上，以保证注浆时空气能完全排出，并且保证排气、排水管回浆时，测杆锚头被混凝土拌合物可靠的包裹；
D、固定基座
通过固定螺栓将基座与隧道围岩固定，注意固定前要对钻孔周围的围岩打磨平整，使基座边缘的橡胶圈与围岩紧密贴合，提高密封性；
E、注浆
将灌浆泵与注浆管连接，注浆完成时间以排气、排水管回浆为标准，且须静止数分钟后看排气、排水管浆面是否有回落，否则应补灌；注浆完成后，拆卸外部连接管线，及时封堵排气、注浆口；注浆时要防止杆体和锚头移动。
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