CN108130896A - 超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法 - Google Patents

Abstract

一种超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法，包括注浆钢管、SAA设备、辅助装置部分，装置全部安装在钻孔内，钻孔口预留外置电缆，实现监测数据对外发送，钻孔深度200m以上，首先把SAA设备安装在PVC管内，其次逐节安装注浆钢管、已安装有SAA设备的PVC管、辅助装置并列顺延至孔口，通过孔底注浆钢花管段注浆后形成超深孔深部位移监测装置。本发明的优点是：该超深孔深部位移监测装置结合了先进的监测技术与可靠安装工艺的优点，具有结构合理、技术先进、经济合理、安装方便可靠、监测效果好等优势，可实现超深孔监测工作，能够对于大型复杂深厚地质灾害体的稿精度监测，是一种具有发展前途的超深孔深部位移监测技术。

Description

超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法

技术领域

本发明涉及超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法，适用于公路、铁路、水利、市政等大型复杂深厚地质灾害监测工程中。

背景技术

随着我国大规模建设向山区延伸，不可避免遇到各种各样大型复杂深厚地质灾害体，对其整治处理理论分析研究外，采用先进监测技术进行自动化监测非常有必要，目前针对浅层地质灾害体监测相对比较成熟，而对于大型复杂深厚地质灾害体的监测国内外尚未报到。

针对大型复杂深厚地质灾害体，研究其适宜监测设备意义重大，结合不断发展的新技术、新材料、新工艺，研究超深孔深部位移监测技术，是必由之路。

发明内容

本发明目的是提供一种超深孔深部位移监测装置及其安装施工方法，以解决对深厚复杂地质灾害体无法进行有效深部位移监测技术的世界性难题。

本发明的技术方案是：一种超深孔深部位移监测装置，其特征在于，包括钻孔、注浆钢管、SAA(Shape Accel Array阵列式位移计)设备、SAA安装管和导向帽，导向帽设在钻孔的底部，注浆钢管从钻孔的口部延伸到钻孔的底端，并与导向帽连接；在该注浆钢管的下部的管壁上设有径向的注浆孔；在设有注浆孔的该注浆钢管的以上的部分旁边设有延伸到孔口的SAA安装管，在该SAA安装管的下部装有SAA设备，该SAA设备上部通过电缆引出孔口，实现监测数据对外发送；所述的钻孔的深度200-500m，在钻孔内的不同深度设置有多个尼龙架线环，为注浆钢管和SAA安装管定位；通过注浆钢管向钻孔内的间隙注浆固化后形成所述的超深孔深部位移监测装置。

所述的注浆钢管分两段，注浆钢花管段和注浆钢管段。前者位于钻孔底部，管壁螺旋分布出浆孔，用于钻孔内注浆，将各部件粘结紧密，其底部设置钢质导向帽，起到导向作用，以便设备能顺利安装就位。后者位于钻孔上部，是浆液流通渠道，兼作定制SAA设备定位辅助作用。

所述的SAA设备位于钻孔底部，且在注浆钢花管段之上，须分布在灾害体可能滑动部位段，其采用先进的微机械加速度传感器，以微电子机械系统技术(Micro ElectroMechanical System，简称MEMS)为基础，通过微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出集机械零件、传感器执行元件及电子元件于一体的系统，由多段子阵列通过串联而成，每个子阵列由7个MEMS加速度传感器节和1个微处理器节组成，长度一般为50cm或30cm。电缆段位于钻孔上部，应引至孔口出，实现外部数据发送。在SAA顶端以下5.5m设置定位磁力计，用于辨识滑动方向。

在沿注浆钢管全长范围内设置安全绳，尼龙材料，其作用用于在安装时未能满足设计要气时，采用机械提升方式，取出注浆钢管及SAA设备。其辅助装置定制尼龙架线环，位于注浆钢管上，沿其轴向间隔分布，用于固定注浆钢管、SAA设备、安全绳安装位置，以便其形成整体。

一种所述的超深孔深部位移监测装置的安装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)SAA设备制作：

SAA须根据潜在滑动部位定制监测长度，采用工厂化制作并测验，采用木质线盘规则缠绕运至施工现场，安装前再进行测试，确保仪器正常。

(2)变形协调PVC管：

考虑后期SAA设备重复利用，一般在SAA外部设置变形协调PVC管，φ32*2.4mm。每4m一节。节与节采用专用连接头连接并采用专用胶水连接成整体。

(3)注浆钢管：

注浆钢管一般采用7～8m长、Φ32×3.0mm无缝钢管，工程中可依据需要截短。在控制注浆部位钢管设置出浆孔，孔眼直径为φ8～10mm，螺旋形布置。注浆前进行牢固封闭。

(4)钻孔：

采用1000m钻机设备(型号：XY-4)钻孔，孔经不小于110mm。孔深最大允许偏差为±2‰，每钻进50m必须校正一次。孔斜每100m不超过2°，每钻进50m必须校正一次。孔壁应保持平整，不得出现葫芦状，以保证孔内测斜设备能顺利进行。完整基岩中禁用钢粒钻进，确保孔壁光滑。

(5)孔内注浆：

注浆配合比为(水泥：土)：水＝(0.15：0.85)：0.6～0.8：，从注浆钢管内注浆，注至孔口冒浆为止，注浆体填充钢管与钻孔间的空隙，钢管内也有水泥浆。压力应小于0.8MPa。

(6)架线环制作：

架线环采用尼龙棒加工制作而成，圆形板的中部设有对称分布的两个预留孔，封闭孔(大)为注浆钢管预留孔，开口孔为变形协调管PVC管预留孔。封闭孔(小)为安全绳放置孔。沿注浆管间隔2～4m设置一道架线环，起对中作用。架线环之间用胶带绑扎牢固。

(7)安全绳：

安全绳采用攀岩专用高承载力尼龙绳，厂家定做，沿注浆管通长布置，中间不允许人工连接。

(8)钢丝绳：

钢丝绳直径φ1.2mm，包裹塑料外皮，直径φ1.5mm。设置在SAA与变形协调管内，在SAA顶部固定，用于后期SAA设备提拉使用，便于设备重复利用。

(9)不锈钢管：

不锈钢管采用6m长、Φ32×2.0mm制作，工程中可依据需要截短。在SAA中磁力计位置上下各3m，替代此处的无缝钢管，底顶部与无法钢管焊接。其目的是防治无法钢管对角度造成影响。

本发明的优点是：可实现超深孔监测工作，能够对于大型复杂深厚地质灾害体的稿精度监测。

附图说明

图1是本发明超深孔深部位移监测装置的整体结构示意图；

图2是图1中的I-I剖面图；

图3是图1中的II-II剖面图；

图4是图1中的III-III剖面图；

图5是图1中注浆钢管下部的横截面结构剖视图；

图6是图1中注浆钢管的连接结构示意图；

图7是图1中导向帽的轴向剖视图。

具体实施方式

参见图1-图7，本发明一种超深孔深部位移监测装置，其特征在于，包括钻孔17、注浆钢管5、SAA设备7、SAA安装管4和导向帽9，导向帽9设在钻孔17的底部，注浆钢管5从钻孔17的口部延伸到钻孔17的底端，并与导向帽9连接；在该注浆钢管5的下部的管壁上设有径向的注浆孔51；在设有注浆孔51的该注浆钢管5的以上的部分旁边设有延伸到孔口的SAA安装管4，在该SAA安装管4的下部装有SAA设备7，该SAA设备7上部通过电缆引出孔口，实现监测数据对外发送；所述的钻孔17的深度200m以上，在钻孔17内的不同深度设置有多个尼龙架线环15，为注浆钢管5和SAA安装管4定位；通过注浆钢管5向钻孔17内的间隙注浆固化后形成所述的超深孔深部位移监测装置。

所述的注浆孔51沿注浆钢管5的管壁螺旋分布。

所述的SAA设备7须分布在灾害体可能滑动部位段，其采用先进的微机械加速度传感器，以微电子机械系统技术(MEMS)为基础，通过微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出集机械零件、传感器执行元件及电子元件于一体的系统，由多段子阵列通过串联而成，每个子阵列由7个MEMS加速度传感器节和1个微处理器节组成，长度为50cm或30cm。电缆段位于钻孔17的上部，引至孔口，实现外部数据发送；在SAA设备顶端以下5.5m设置定位磁力计18，用于辨识滑动方向。由于SAA设备的定位磁力计18内置电子磁针，为了避免铁质注浆钢管对其测量结果的影响，将位于注浆钢管5的中部采用φ32*2mm不锈钢管6代替铁质注浆钢管，起到消除磁场作用，确保测试准确。

所述的电缆段套装在一保护管2内，SAA设备7的顶端与一钢丝绳3的底端连接，该钢丝绳3的顶端引出钻孔口。

在沿注浆钢管5全长范围内设置安全绳1，其作用用于在安装时未能满足设计要气时，采用机械提升方式，取出注浆钢管5及SAA设备7；在所述的尼龙架线环15上设有用于穿过安全绳1的安全绳孔13(对称设置两个安全绳孔13，功能一样，一备一用)，用于穿过注浆钢管5的钢管孔14和用于穿过 SAA安装管4的缺口19。

在所述的SAA安装管4的底部设有与钻孔17内壁固定的钢管托架8，把已套入SAA设备7的PVC管4底部放入其中，起到对PVC管4底部的固定保护作用。

所述的注浆钢管5采用无缝钢管制作；所述的SAA设备7采用工厂化制作，并运至施工现场，首先把PVC管4逐节套入SAA设备上，包括电缆线部分，接口处用专用连接头连接并采用专用胶水连接成整体。

图1中从下至上的各部分：L1为钻孔底部至注浆钢管5带有注浆孔51的部分，一般长度为5～10m；L2为安装SAA设备7(不包括电缆)的部分，一般长度为50～100m；L3为上部，一般长度为150～250m。

本发明的安装施工过程如下：

(1)注浆钢管5的加工：

按照设计要求，采用无缝钢管加工制成注浆钢管5。

(2)SAA设备安装：

SAA设备采用工厂化制作，并运至施工现场，首先把PVC管4逐节套入 SAA设备上，包括电缆线12，接口处用配套的连接头连接并采用专用胶水连接成整体。

(3)钻孔：

采用1000m钻机设备(型号：XY-4)钻孔17，其孔经不小于110mm。孔深最大允许偏差为±2‰，每钻进50m必须校正一次。孔斜每100m不超过 2°，每钻进50m必须校正一次。孔壁应保持平整，不得出现葫芦状，以保证孔内测斜设备能顺利进行。完整基岩中禁用钢粒钻进，确保孔壁光滑。

(4)设备安装：

首先安装孔内底部导向帽9，并用尼龙安全绳1与导向帽9预留扣环16 机械连接，再次逐节安装注浆钢管5，注浆钢管5的底端与导向帽9的顶板 92焊接，注浆钢管5由多节钢管连接而成，各节钢管之间采用套筒52焊接连接，并焊接加固四周。在带有注浆孔51部分的注浆钢管5的顶部孔壁焊接φ 40*4mm钢管托架8，把已套入SAA设备7的PVC管4放入其中，起到对PVC 管4底部的固定保护作用。以此连接至孔口(地面11)。

(5)孔内注浆：

注浆配合比为(水泥：土)：水＝(0.15：0.85)：0.6～0.8：，从注浆钢管5 内注浆，注至孔口冒浆为止，注浆体从注浆孔51压出，并填充注浆钢管5与钻孔17间的空隙，注浆钢管5内也有水泥浆。注浆压力在0.8～2.0之间。

本发明的超深孔深部位移监测装置结合了先进的监测技术与可靠安装工艺的优点，该装置具有结构合理、技术先进、经济合理、安装方便可靠、监测效果好等优势，是一种具有发展前途的超深孔深部位移监测技术。

Claims (8)

1.一种超深孔深部位移监测装置，其特征在于，包括钻孔、注浆钢管、SAA设备、SAA安装管和导向帽，导向帽设在钻孔的底部，注浆钢管从钻孔的口部延伸到钻孔的底端，并与导向帽连接；在该注浆钢管的下部的管壁上设有径向的注浆孔；在设有注浆孔的该注浆钢管的以上的部分旁边设有延伸到孔口的SAA安装管，在该SAA安装管的下部装有SAA设备，该SAA设备上部通过电缆引出孔口，实现监测数据对外发送；所述的钻孔的深度为200-500m，在钻孔内的不同深度设置有多个尼龙架线环，为注浆钢管和SAA安装管定位；通过注浆钢管向钻孔内的间隙注浆固化后形成所述的超深孔深部位移监测装置。

2.根据权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，所述的注浆孔沿注浆钢管的管壁螺旋分布。

3.根据权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，所述的SAA设备须分布在灾害体可能滑动部位段，采用微机电加速度传感器，通过微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出集微机械零件、微电子传感器于一体的微机电传感系统，由多段子阵列通过串联而成，每个子阵列由7个MEMS加速度传感器节和1个微处理器节组成，长度为50cm或30cm；在钻孔的上部至孔口设有电缆段，实现外部数据发送；在SAA设备顶端以下5.5m设置定位磁力计，用于辨识滑动方向。

4.根据权利要求3所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，所述的电缆段套装在一保护管内，SAA设备的顶端与一钢丝绳的底端连接，该钢丝绳的顶端引出钻孔口。

5.根据权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，在沿注浆钢管全长范围内设置安全绳，其作用用于在安装时未能满足设计要气时，采用机械提升方式，取出注浆钢管及SAA设备；在所述的尼龙架线环上设有用于穿过安全绳的安全绳孔，用于穿过注浆钢管的钢管孔和用于穿过SAA安装管的缺口。

6.根据权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，在所述的SAA安装管的底部设有与钻孔内壁固定的钢管托架，把已套入SAA设备的PVC管底部放入其中，起到对PVC管底部的固定保护作用。

7.根据权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置，其特征在于，所述的注浆钢管采用无缝钢管制作；所述的SAA设备采用工厂化制作，并运至施工现场，首先把PVC管逐节套入SAA上，包括电缆线部分，接口处用专用连接头连接并采用专用胶水连接成整体；在所述的注浆钢管对应于所述定位磁力计处采用不锈钢管代替铁质注浆钢管起到消除磁场作用，确保测试准确。

8.一种权利要求1所述的超深孔深部位移监测装置的安装施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钻孔：采用1000m钻机设备钻孔，孔经不小于110mm，孔深最大允许偏差为±2‰，每钻进50m必须校正一次；孔斜每100m不超过2°，每钻进50m必须校正一次；孔壁应保持平整，不得出现葫芦状，以保证孔内测斜设备能顺利进行。

2)设备安装：首先安装钻孔内底部导向帽，并用尼龙安全绳与导向帽预留扣环机械连接，再次逐节安装注浆钢管，注浆钢管一端与导向帽焊接，多节注浆钢管之间采用套筒连接，并焊接加固四周；在注浆钢管注浆孔部分的底部处的顶钻孔内壁焊接φ40*4mm钢管托架，把已套入SAA设备的PVC管放入其中，起到底部固定保护作用。

3)孔内注浆：注浆配合比为：水泥/土/水＝/0.15/0.85/0.6～0.8，从注浆钢管内注浆，注至孔口冒浆为止，注浆体填充注浆钢管与钻孔间的空隙，注浆钢管内也有水泥浆；注浆压力应小于0.8MPa。