CN109443595A - 隧道调温圈的原位测试装置及其原位测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道调温圈的原位测试装置及其原位测试方法，该方法包括如下步骤：对围岩进行钻进以形成预设深度和预设孔径的钻孔；清除钻孔内的破碎岩块，并疏导钻孔内高岩温水；将温度传感器安装于探测杆，且将探测杆伸入钻孔内；向钻孔内安装注浆管和排气管后密封钻孔孔口；向注浆管内注浆，待浆液填满钻孔、注浆管以及排气管停止注浆；获取温度传感器的初始读数，待爆破完成后采集温度传感器数据。本发明提供的方法能够反映真实情况的围岩温度，能够准确地获取围岩调温圈的范围及其变化规律，对于通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中荷载的计算能提供较好数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及隧道领域，具体而言，涉及一种隧道调温圈的原位测试装置及其原位测试方法。
背景技术
近年，我国西南地区出现了大量高海拔、长距离、且地质条件复杂的隧道。其中，地温所引起的施工环境恶劣、锚杆抗拔力不足、二次衬砌结构安全性降低等问题已经不容忽视。目前国内学者对于隧道的研究精力主要集中在隧道衬砌结构的安全性和隧道通风降温上，缺乏对围岩温度场的变化的研究，导致通风设计的热量计算和衬砌结构安全性研究中的荷载计算缺少该因素的考虑，效果并不理想。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种能够获取围岩温度场变化规律的原位试验装置，为通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中荷载的计算的提供数据支撑。
本发明的目的之二在于，提供一种能够测试隧道围岩温度场变化规律的原位测试方法，获取围岩温度场的范围及其变化规律。
针对本发明目的之一，本发明是这样实现的：
一种隧道调温圈的原位测试装置，包括固定组件、注浆管、排气管、探测杆以及温度传感器。
其中，所述固定组件包括固定件，所述固定件开设有注浆孔、排气孔以及导线孔，所述固定件的边缘被构造成与钻孔的孔壁抵接。
所述注浆管的一端固定于所述注浆孔内。
所述排气管的一端固定于所述排气孔内。
所述探测杆的一端固定于所述导线孔内。
所述温度传感器固定于所述探测杆且所述温度传感器沿所述探测杆的轴线方向间隔设置。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述固定组件还包括密封圈，所述密封圈开设有用于固定所述固定件的环状凹槽，所述密封圈套设于所述固定件的外缘，所述密封圈的外缘与钻孔的孔壁密封连接。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述密封圈为弹性橡胶圈。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述固定件为多个，多个所述固定件间隔设置用于固定所述注浆管、所述排气管以及所述探测杆。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述探测杆沿靠近钻孔的孔口的一端向所述探测杆的另一端由密向疏间隔设置所述温度传感器。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述注浆管和所述排气管均为PVC管。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述固定件与所述注浆管、所述排气管以及所述探测杆螺纹连接。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述固定组件还包括止浆塞，所述止浆塞内嵌于所述注浆管和所述排气管内。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述固定件开设有导线限位腔，所述温度传感器的导线容置于所述导线限位腔内。
针对本发明目的之二，本发明是这样实现的：
一种隧道调温圈的原位测试方法，包括如下步骤：
对围岩进行钻进以形成预设深度和预设孔径的钻孔；
清除所述钻孔内的破碎岩块，并疏导所述钻孔内高岩温水；
将温度传感器安装于探测杆，且将所述探测杆伸入所述钻孔内；
向所述钻孔内安装注浆管和排气管后密封钻孔孔口；
向所述注浆管内注浆，待浆液填满所述钻孔、所述注浆管以及所述排气管停止注浆；
获取所述温度传感器的初始读数，待爆破完成后采集所述温度传感器数据。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述钻孔距离隧道掌子面2m，所述钻孔分别位于围岩的两侧且所述钻孔的延伸方向与所述隧道掌子面的夹角为45°。
进一步地，在本发明的一种实施例中，其特征在于，所述钻孔的深度为20m，孔径为0.25m。
进一步地，在本发明的一种实施例中，用于疏导所述钻孔内的高岩温水的温度为100摄氏度。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述温度传感器沿所述钻孔的孔口向所述钻孔的孔底方向由密向疏设置。
进一步地，在本发明的一种实施例中，所述注浆管和所述排气管均为PVC管。
进一步地，在本发明的一种实施例中，采用泵机向所述注浆管内输送浆液。
进一步地，在本发明的一种实施例中，在所述钻孔的孔口处将所述温度传感器的线路进行保护以防止因爆破所述温度传感器的线路损坏。
进一步地，在本发明的一种实施例中，待爆破完成后每间隔1小时采集一次所述温度传感器数据，共采集10次，而后24小时采集一次所述温度传感器数据直至所述温度传感器的温度变化稳定后每72小时采集一次所述温度传感器数据。
进一步地，在本发明的一种实施例中，根据所述温度传感器的具体位置，获取所述隧道的径向、纵向与所述温度传感器采集的温度对应关系。
本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种能够测试隧道围岩调温圈的原位试验方法，对围岩进行钻进成孔，再将带有温度传感器的探测杆深入钻孔内进行温度采集。为了保证原位测试结果的准确性，通过注浆管向钻孔内注浆，由排气管提供排气通道并用于判断钻孔内浆液是否充满。本发明提供的方法能够反映真实情况的围岩温度，能够准确地获取围岩调温圈的范围及其变化规律，对于通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中荷载的计算能提供较好数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种隧道调温圈的原位测试装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种固定组件的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种密封圈的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种隧道调温圈的原位测试装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种隧道调温圈的原位测试方法；
图6是本发明实施例提供的一种钻孔布置示意图；
图7是本发明实施例提供的一种作圆方法的示意图。
图例：10-隧道调温圈的原位测试装置；100-固定组件；110-固定件；111-注浆孔；113-排气孔；115-导线孔；117-止浆塞；130-密封圈；131-环形凹槽；300-注浆管；500-排气管；700-探测杆；900-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例
在隧道开挖前，围岩处于热平衡状态，在隧道的开挖掘进的过程中形成掌子面，隧道内通风形成气流，导致原热平衡状态失衡，需要重新建立新的热平衡，位于掌子面附近的围岩不断降温，这种岩体降温自掌子面向岩体深部延伸，一直到建立新的热平衡。
发明人发现在距离掌子面某一距离的围岩其岩体内部温度与原始温度基本无变化，在该距离范围内即为调温圈，也就是说在某一深度围岩的温度不受通风条件的影响，仍然保持原始温度。基于此，研究围岩的温度场的变化规律可以建立在研究围岩调温圈的范围及其变化规律即可。
为此，发明人提供一种能够获取围岩调温圈的范围及其变化规律的原位测试装置，能够为通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中的荷载计算提供较好数据支撑。下面结合附图予以详细说明。
请参阅图1，本实施例提供一种隧道调温圈的原位测试装置10，包括固定组件100、注浆管300、排气管500、探测杆700以及温度传感器900。
其中，固定组件100包括固定件110，固定件110开设有注浆孔111、排气孔113以及导线孔115，固定件110的边缘被构造成与钻孔的孔壁抵接。
注浆管300的一端固定于注浆孔111内。排气管500的一端固定于排气孔113内。探测杆700的一端固定于导线孔115内。
温度传感器900固定于探测杆700且温度传感器900沿探测杆700的轴线方向间隔设置。
在本实施例中，该隧道调温圈的原位试验装置10，包括固定组件100、注浆管300、排气管500、探测杆700以及温度传感器900。在使用时，注浆管300用于注入浆液并将钻孔内的空间填满，使得与围岩形成整体，尽量达到与围岩温度的一致性。由于固定件110与钻孔的孔壁抵接，排气管500可以用于将钻孔内的气体排出以便于顺利注浆，温度传感器900间隔设置于探测杆700，温度传感器900用于采集围岩温度场，即围岩的温度，通过采集到的温度数据可以获知围岩调温圈的范围以及围岩调温圈的温度变化规律。
请参阅图2、图3，为了提高固定件110与钻孔孔壁的密封性，防止注浆过程中浆液洒落。固定组件100还包括密封圈130，密封圈130开设有用于固定固定件110的环形凹槽131，密封圈130套设于固定件110的外缘，密封圈130的外缘与钻孔的孔壁密封连接。可选地，密封圈130为弹性橡胶圈。
此外，也可以采用速凝剂对钻孔孔口边缘处理，达到密封效果。
为了更好地固定注浆管300、排气管500以及探测杆700。请参阅图4，在本实施例中，固定件110为多个，多个固定件110间隔设置，用于固定注浆管300、排气管500以及探测杆700。在采集温度数据之前，是无法得知调温圈的半径，需要采用比较保守的做法，也就是尽量采集较深处的温度数据。
可以理解，在本实施例中，固定件110应避开温度传感器900的探头设置，防止固定件110对温度传感器900造成损害。温度传感器900的探头是用于直接接触并测量温度，其敏感度高，应尽量避开固定件110，保证测量到的温度数据准确性。
在本实施例中，探测杆700沿靠近钻孔的孔口的一端向探测杆700的另一端由密向疏间隔设置温度传感器900。发明人在多次的温度采集过程中发现围岩调温圈的变化规律表现为:离净空面越近，温度变化越明显，因此，探测杆700靠近钻孔的孔口的一端温度传感器900应当设置更密集，以提高温度数据的采集精度和获取更多的温度数据，便于温度场变化的规律性研究。
在本实施例中，注浆管300和排气管500均为PVC管。
具体地，固定件110与注浆管300、排气管500以及探测杆700螺纹连接。即注浆管300、排气管500以及探测杆700均设置有外螺纹，注浆孔111、排气孔113以及导线孔115的孔壁对应设置有内螺纹，外螺纹与内螺纹螺纹连接完成固定。
在此，需要说明的是，温度传感器900沿探测杆700的轴线方向间隔设置，温度传感器900的导线可以绕设于探测杆700的外壁，一直延伸至导线孔115，以供电设备通电。
具体地，固定组件100还包括止浆塞117，止浆塞117内嵌于注浆管300和排气管500内。在注浆完成后，浆液会从注浆管300和排气管500内溢出，这也意外着钻孔内的浆液已注满。需要说明的是，起排气作用的排气管500的长度可以在2~5cm，仍能起到排气作用。
在本实施例中，沿隧道开挖形成的掌子面的左右两侧各自进行钻进形成2个钻孔，2个钻孔水平均设置，且钻孔的轴线方向与隧道的轴向方向所形成的夹角为45°。通过温度传感器900的数据采集能够获取调温圈的范围及其变化规律，通过作圆的方法，请参阅图7，可以获得围岩径向和纵向调温圈的范围及其变化规律，能够为不同方向上的降温设计提供依据，这也是现有通风降温设计未曾考虑到的。
本发明实施例另提供一种隧道调温圈的原位测试系统，包前述隧道调温圈的原位测试装置10和泵机。
其中，泵机用于向注浆管300内输送浆液。
原位实测是最能反映真实情况、提供有力证明的一种研究手段。因此，如果能够准确地预测围岩调温圈的范围及其变化规律，对于通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中荷载的计算都能提供较好数据支撑。
为此，发明人经过长期的研究发现，提出了一种隧道调温圈的原位测试方法，请参阅图5。
具体包括如下步骤：
对围岩进行钻进以形成预设深度和预设孔径的钻孔；
清除钻孔内的破碎岩块，并疏导钻孔内高岩温水；
将温度传感器900安装于探测杆700，且将探测杆700伸入钻孔内；
向钻孔内安装注浆管300和排气管500后密封钻孔孔口；
向注浆管内300注浆，待浆液填满钻孔、注浆管300以及排气管500停止注浆；
获取温度传感器900的初始读数，待爆破完成后采集温度传感器900数据。
在本实施例中，该隧道围岩调温圈的原位试验方法，对围岩进行钻进成孔，再将带有温度传感器900的探测杆700深入钻孔内进行温度采集。为了保证原位测试结果的准确性，通过注浆管300向钻孔内注浆，由排气管500提供排气通道并用于判断钻孔内浆液是否充满。爆破是隧道开挖的手段，爆破会对温度数据的采集造成影响，因为选择爆破后采集温度数据，避免数据误差过大。本发明提供的方法能够反映真实情况的围岩温度，能够准确地获取围岩调温圈的范围及其变化规律，对于通风设计中热量的计算以及衬砌结构安全性研究中荷载的计算能提供较好数据支撑。
具体地，请参阅图6，钻孔分别位于围岩的两侧且钻孔的延伸方向与隧道掌子面的夹角为45°。
具体地，钻孔的深度为20m，孔径为0.25m。
具体地，温度传感器900沿钻孔的孔口向钻孔的孔底方向由密向疏设置。
具体地，注浆管300和排气管500均为PVC管。
具体地，采用泵机向注浆管300内输送浆液。
具体地，在钻孔的孔口处将温度传感器900的导线进行保护以防止因爆破而导致温度传感器900的线路遭到损坏。
具体地，待爆破完成后每间隔1小时采集一次温度传感器900数据，共采集10次，而后24小时采集一次温度传感器900数据直至温度传感器900的温度变化稳定后每72小时采集一次温度传感器900数据。
目前国内学者对于隧道的研究精力主要集中在隧道衬砌结构的安全性和隧道通风降温上，未有学者对于围岩温度场的变化进行研究探讨。该方法可以用于研究围岩温度场的范围和变化规律。
为此，在本实施例中，根据温度传感器900的具体位置，获取隧道的径向、纵向与温度传感器900采集的温度对应关系。
具体地，采用作圆的方法，将采集到的温度对应到隧道的径向和纵向，可参阅图7。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道调温圈的原位测试装置，其特征在于，包括
固定组件，所述固定组件包括固定件，所述固定件开设有注浆孔、排气孔以及导线孔，所述固定件的边缘被构造成与钻孔的孔壁抵接；
注浆管，所述注浆管的一端固定于所述注浆孔内；
排气管，所述排气管的一端固定于所述排气孔内；
探测杆，所述探测杆的一端固定于所述导线孔内；以及
温度传感器，所述温度传感器固定于所述探测杆且所述温度传感器沿所述探测杆的轴向间隔设置。
2.根据权利要求1所述的隧道调温圈的原位测试装置，其特征在于，所述固定组件还包括密封圈，所述密封圈开设有用于固定所述固定件的环状凹槽，所述密封圈套设于所述固定件的外缘，所述密封圈的外缘与钻孔的孔壁密封连接。
3.根据权利要求2所述的隧道调温圈的原位测试装置，其特征在于，所述密封圈为弹性橡胶圈。
4.根据权利要求1所述的隧道调温圈的原位测试装置，其特征在于，所述固定件为多个，多个所述固定件间隔设置用于固定所述注浆管、所述排气管以及所述探测杆。
5.根据权利要求1所述的隧道调温圈的原位测试装置，其特征在于，所述探测杆沿靠近钻孔的孔口的一端向所述探测杆的另一端由密向疏间隔设置所述温度传感器。
6.一种隧道调温圈的原位测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
对围岩进行钻进以形成预设深度和预设孔径的钻孔；
清除所述钻孔内的破碎岩块，并疏导所述钻孔内高岩温水；
将温度传感器安装于探测杆，且将所述探测杆伸入所述钻孔内；
向所述钻孔内安装注浆管和排气管后密封钻孔孔口；
向所述注浆管内注浆，待浆液填满所述钻孔、所述注浆管以及所述排气管停止注浆；
获取所述温度传感器的初始读数，待爆破完成后采集所述温度传感器数据。
7.根据权利要求6所述的隧道调温圈的原位测试方法，其特征在于，所述钻孔m距离隧道掌子面2，所述钻孔分别位于围岩的两侧且所述钻孔的延伸方向与所述隧道掌子面的夹角为45°。
8.根据权利要求7所述的隧道调温圈的原位测试方法，其特征在于，所述温度传感器沿所述钻孔的孔口向所述钻孔的孔底方向由密向疏设置。
9.根据权利要求7所述的隧道调温圈的原位测试方法，其特征在于，待爆破完成后每间隔1小时采集一次所述温度传感器数据，共采集10次，而后24小时采集一次所述温度传感器数据直至所述温度传感器的温度变化稳定后每72小时采集一次所述温度传感器数据。
10.根据权利要求7所述的隧道调温圈的原位测试方法，其特征在于，根据所述温度传感器的具体位置，获取所述隧道的径向、纵向与所述温度传感器采集的温度对应关系。
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2018
- 2018-11-16 CN CN201811364133.1A patent/CN109443595A/zh active Pending
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