CN108060935B - 一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道工程测试技术领域，提供了一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法，包括：确定测力锁脚锚管的打设位置、钻孔打设角度，打孔；吹孔；在钻孔中放置锚固剂，将锁脚锚管缓缓送入钻孔；将温度传感器置入锁脚锚管内部，并在锁脚锚管尾部用锚固剂进行封口；用L型钢筋连接锁脚锚管和钢架；采用硬塑管对铠装光缆进行保护，以防拉断或对折，之后将多余部分的光缆封装进PVC管中，并将PVC管固定在钢架之间。本发明避免了光缆和光栅测点在埋设过程中破坏的可能性，提高了光纤应变传感器的成活率；提高了测试的准确度和精度；减小了现场灰尘对于测试的影响，便于后期采集数据时对于光缆的保护，并且减小了后期的日常测量的操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程测试技术领域，特别涉及一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法。
背景技术
锁脚锚管是软弱围岩隧道施工中一种有效的变形控制措施，主要用于分部开挖法或台阶法开挖的IV、V级围岩隧道中。在隧道上台阶开挖支护完成后，沿隧道拱脚、墙角处按一定角度打设锁脚锚管，并将其端头与钢架焊接牢固，使锁脚锚管和钢架连接成为一个整体，进而限制初期支护的下沉，以充分发挥支护结构的承载作用。尽管锁脚锚管在工程实践中得到广泛应用，但有关锁脚锚管作用机理及力学特性的认识尚不够完善和统一，给锁脚锚管的应用带来较大的盲目性。关于锁脚锚管受力特性和作用机理的研究，目前主要通过数值和解析的方法，但均是在一定的假设条件进行的，能否反映锁脚锚管的真实受力特性不得而知。而采用现场测试的方法则可以很好地弥补以上方法的不足。
在现有的现场测试手段中，利用光纤光栅技术进行锁脚锚管受力特性测试的方法与其他测试方法相比，具有测试数据可保持长期稳定、不受电磁干扰、数据具有连贯性、误差小、可以实现长期监测等特点。但是，由于光纤光栅制作材料比较脆弱，按照锁脚锚管以往的埋设方法进行打设，会造成光栅破坏、光纤折损、解调探头失灵等问题。因此，须针对光纤光栅测力锁脚锚管，提出其相应的埋设方法。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法，尤其是基于分布式光纤光栅技术的测力锁脚锚管的埋设方法，以达到减少或避免传感光缆在测力锁脚锚管在埋设过程中被损坏从而提高光纤传感器成活率的目的。
本发明一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法，包括如下步骤：
步骤一、确定测力锁脚锚管的打设位置、钻孔打设角度，利用风机钻进行打孔；
步骤二、打孔完成后，采用风枪进行吹孔；
步骤三、在钻孔中放置锚固剂，将所述测力锁脚锚管缓缓送入钻孔；
步骤四、将光纤光栅温度传感器置入所述测力锁脚锚管内部，并在所述测力锁脚锚管尾部用锚固剂进行封口；防止喷射混凝土过程中，温度传感器掉出；
步骤五、所述测力锁脚锚管安装到位后，采用L型钢筋将其长边采用点焊的方式焊接在所述测力锚管前端位置处，将其短边焊接在钢架上；在L型钢筋的长边焊接粘贴反光贴膜的钢片用于锚管端头位移的监测点；
步骤六、所述测力锁脚锚管安装完成后，采用硬塑管对铠装光缆进行保护，以防拉断或对折，之后将多余部分的光缆封装进PVC管中，并将PVC管固定在钢架之间。
进一步的，步骤一中，所述钻孔打设角度利用量角器与铅垂线量取，所述钻孔打设角度等于所述测力锁脚锚管的预设角度。
进一步的，步骤二中，吹孔完毕后，将一根非测力锚管插入到钻孔内，用以检查钻孔的质量；所述非测力锚管与所述测力锁脚锚管具有相同的孔径和长度；所述钻孔的质量包括所述钻孔的孔径、孔深和孔腔的直线度。
进一步的，步骤三中，所述测力锁脚锚管送入钻孔过程中，以锚固剂从钻孔孔口溢出作为孔腔充满锚固剂的标志；当所述测力锁脚锚管完全推入钻孔中后，及时调整所述测力锁脚锚管的位置使得管身的上测点、下测点的连线处于铅垂线方向。
进一步的，步骤三中，在所述测力锁脚锚管插入钻孔的过程中，需要对光缆的尾纤的FC/APC接头封装在密闭的塑料瓶中，进行防尘处理，减小在后期测试过程中的误差。
进一步的，步骤五中，所述测力锁脚锚管与钢架采用点焊连接。
进一步的，在点焊过程中，采用湿毛巾和洒水的方式对锚管中的光缆线进行保护，防止测点测线受高温影响而被破坏。
进一步的，步骤六中，在所述测力锁脚锚管安装完成后，用SM130光纤光栅解调仪测试所述测力锁脚锚管管身各测点和温度传感器的初始波长值，利用全站仪采用对边量测和三维坐标量测的方法测试锚管端头和拱脚沉降监测点处的初始位移值。
进一步的，步骤六中，将多余光缆和测试接头装入安装在钢架之间的PVC管中之后，对PVC管前后管口用土工布紧密包裹，防止喷浆过程中浆液进入管内，在喷浆结束后，捅破包裹在PVC管口的土工布方便之后的测试。
本发明的有益效果为：
1、在测力锁脚锚管的埋设过程中，降低甚至是避免了光缆和光栅测点在埋设过程中破坏的可能性，提高了光纤应变传感器的成活率。
2、在安装测力锁脚锚管时，使用锚固剂对于测力锁脚锚管和围岩进行注浆处理，并且保证了注浆的均匀和饱满，从而提高了分布式传感光纤光栅测试的准确度和精度。
3、将测力锁脚锚管插入指定深度后，在锚固剂凝固之前，可以及时调整管身角度，提高了拉伸应变和压缩应变的测试精度，减小了测量误差。
4、在整个埋设过程中，对光缆、光栅测点和尾纤的FC/APC接头均进行了实时保护，一方面，减小了现场复杂环境对试验造成的影响，另一方面，提高了测试的精度，使测试结果具有更高的可信度。
5、将多余光缆和尾纤接头置于埋设在钢架间的PVC管中，减小了现场灰尘对于测试的影响，便于后期采集数据时对于光缆的保护，并且减小了后期的日常测量的操作难度。
附图说明
图1所示为本发明实施例中控制钻孔打设角度示意图。
图2所示为测试接头保护示意图图。
其中：1-隧道围岩；2-风机钻；3-钻杆；4-量角器；5-光纤；6-玻璃胶；7-塑料瓶；8-测试接头。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
不失一般性，在下述实施例中，以埋设2.5米、管径51mm的测力锁脚锚管为例，对本发明做详细描述：
如图1所示，待中台阶开挖完成后，应及时进行钢架立架并确定测力锁脚锚管的打设位置和角度，在开挖台阶拱脚位置隧道围岩1处，打钻之前用量角器4确定打设角度。位置和角度确定后，打设测力锁脚锚管时，首先利用钻头管径70cm、钻杆长度3m的风机钻2，在中台阶钢架底部上方50cm左右位置进行打孔。因隧道围岩1条件较差，打孔后采用风枪进行吹孔，以保证测力锁脚锚管能顺利送入钻孔中。钻孔时应小心操作，注意保护周边围岩，孔腔应顺直平滑，不能出现弯曲或偏位。钻孔完毕后，将与试验测力锚管具有相同管径、长度但未布设光纤光栅的钢管（检查管）送入孔内，用以检查钻孔的质量（孔径、孔深和孔腔的直线度）。
待钻孔检查合格后，将事先准备好的锚固剂放入钻孔中捣匀，然后将测力锚管缓缓送入钻孔，送入过程中应以锚固剂从孔口溢出为孔腔充满锚固剂的标志。当测力锁脚锚管完全推入钻孔中后，及时调整锚管的位置使得锚管管身的上测点、下测点的连线处于铅垂线方向。锚管安设好后用一根木棍将光纤光栅温度传感器塞入锚管内部，并将光纤5的尾纤的FC/APC测试接头8捋顺后封装在塑料瓶7中，在光纤5与塑料瓶7瓶盖之间用玻璃胶6进行防尘处理，如图2所示，以防尘土堵塞测试接头8。
待测力锁脚锚管安放到位后，首先，采用一根管径22mm的L型钢筋，将其长边采用点焊的方式焊接在测力锚管前端位置处，将其短边焊接在钢架上。然后，在钢架脚部焊接粘贴反光贴膜的钢片用于拱脚部位沉降监测点，在L型钢筋的长边焊接粘贴反光贴膜的钢片用于锚管端头位移的监测点。在整个焊接过程中主要采用湿毛巾和洒水的方式对锚管中的光缆线进行保护，来防止测点测线被破坏。最后，利用SM130光纤光栅解调仪测试锁脚锚管管身各测点和温度传感器的初始波长值，利用全站仪采用对边量测和三维坐标量测的方法测试锚管端头点处的初始位移值。
锁脚锚管安装完成后，采用硬塑管对铠装光缆进行保护，以防拉断或对折，之后将多余部分的光缆封装进PVC管中，并将PVC管固定在钢架之间。之后，在拱脚位置喷射混凝土，待初喷完成后，捅破包裹在PVC管口的土工布方便之后的测试。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (6)
1.一种隧道光纤光栅测力锁脚锚管的埋设方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、确定测力锁脚锚管的打设位置、钻孔打设角度，利用风机钻进行打孔；
步骤二、打孔完成后，采用风枪进行吹孔；
步骤三、在钻孔中放置锚固剂，将所述测力锁脚锚管缓缓送入钻孔；在所述测力锁脚锚管插入钻孔的过程中，需要对光缆的尾纤的FC/APC接头封装在密闭的塑料瓶中，进行防尘处理，减小在后期测试过程中的误差；所述测力锁脚锚管送入钻孔过程中，以锚固剂从钻孔孔口溢出作为孔腔充满锚固剂的标志；当所述测力锁脚锚管完全推入钻孔中后，及时调整所述测力锁脚锚管的位置使得管身的上测点、下测点的连线处于铅垂线方向；
步骤四、将光纤光栅温度传感器置入所述测力锁脚锚管内部，并在所述测力锁脚锚管尾部用锚固剂进行封口；
步骤五、所述测力锁脚锚管安装到位后，采用L型钢筋将其长边采用点焊的方式焊接在所述测力锁脚锚管前端位置处，将其短边焊接在钢架上；在L型钢筋的长边焊接粘贴反光贴膜的钢片用于锚管端头位移的监测点；
步骤六、所述测力锁脚锚管安装完成后，采用硬塑管对铠装光缆进行保护，以防拉断或对折，之后将多余部分的光缆封装进PVC管中，并将PVC管固定在钢架之间；将多余光缆和测试接头装入安装在钢架之间的PVC管中之后，对PVC管前后管口用土工布紧密包裹，防止喷浆过程中浆液进入管内，在喷浆结束后，捅破包裹在PVC管口的土工布方便之后的测试。
2.如权利要求1所述的埋设方法，其特征在于，步骤一中，所述钻孔打设角度利用量角器与铅垂线量取，所述钻孔打设角度等于所述测力锁脚锚管的预设角度。
3.如权利要求1所述的埋设方法，其特征在于，步骤二中，吹孔完毕后，将一根非测力锚管插入到钻孔内，用以检查钻孔的质量；所述非测力锚管与所述测力锁脚锚管具有相同的孔径和长度；所述钻孔的质量包括所述钻孔的孔径、孔深和孔腔的直线度。
4.如权利要求1所述的埋设方法，其特征在于，步骤五中，所述测力锁脚锚管与钢架采用点焊连接。
5.如权利要求4所述的埋设方法，其特征在于，在点焊过程中，采用湿毛巾和洒水的方式对锚管中的光缆线进行保护，防止测点测线受高温影响而被破坏。
6.如权利要求1-5任一项所述的埋设方法，其特征在于，步骤六中，在所述测力锁脚锚管安装完成后，用SM130光纤光栅解调仪测试所述测力锁脚锚管管身各测点和温度传感器的初始波长值，利用全站仪采用对边量测和三维坐标量测的方法测试锚管端头和拱脚沉降监测点处的初始位移值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |