CN110108242A - 用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置及其方法，装置包括：保护套管，用以沿测量方向设于围岩体内，所述保护套管为刚性体，所述保护套管的侧壁在不同深度处设有沿纵向设置的若干开口部；可沿所述保护套管的纵向相对运动的若干测点装置，所述测点装置包括测点赋存体、连接部件和测点固定装置，所述测点赋存体设于所述保护套管外侧，各所述测点赋存体用以通过注浆体与围岩固定连接，所述测点赋存体通过所述连接部件与设于所述保护套管内侧的测点固定装置连接，所述连接部件穿过所述开口部；固定设于所述保护套管内的位移测量装置，所述位移测量装置用以测量所述测点固定装置与所述保护套管之间的相对位移。

Description

用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置及其方法

技术领域

本公开一般涉及地下岩土工程变形监测技术领域，具体涉及用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置及其方法。

背景技术

围岩变形是评价隧道/巷道围岩稳定的重要标准，也是评估隧道/巷道开挖后支护结构有效性、合理性的重要依据，快速、准确、便捷的获取围岩变形信息是及时判断支护措施合理性的重要保障。因而，准确及时的监测围岩变形，对于了解施工质量、施工方案的合理性以及指导现场施工作业具有极为重要的意义；近几年来，随着地铁、公/铁隧道、煤矿井巷开拓等地下工程的快速发展，迫切需要一种能准确方便测量隧道围岩变形的装置，以更好的指导施工。

目前隧道/巷道的围岩表面位移监测多通过人工丈量的方法，费时费力也不精确，效率很低。或者采用激光测距装置，但还仍存在费时费力的缺点，不能实现连续快速测量计算。也有采用全站型电子速测仪测量法，其优点是速度快、精度高、功能强和自动化程度高，但本方法造价高昂，且只局限于表面位移监测，不能同时测定围岩深部位移。随着隧道掘进工作面的持续推进，需消耗大量的监测装置。因围岩达到稳定标准后，一般都会终止已稳定监测断面的监测工作，而多数监测装置因不可回收而被弃用，造成材料大量浪费。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能够有效监测隧道围岩内部位移的方案。

第一方面，本申请实施例提供了一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，包括：

保护套管，用以沿测量方向设于围岩体内，保护套管为刚性体，保护套管的侧壁在不同深度处设有沿纵向设置的若干开口部，保护套管的底端设有底部端盖；

可沿保护套管的纵向相对运动的与开口部相对应的若干测点装置，测点装置包括测点赋存体、连接部件和测点固定装置，连接部件的一端与设于保护套管内的测点固定装置固定连接，连接部件的另一端穿过开口部设于保护套管的外侧与测点赋存体固定连接；

固定杆，其沿轴向设于保护套管的内部，固定杆与底部端盖可拆卸的连接，固定杆的侧壁上设有与测点固定装置位置对应的伸缩杆；

与开口部一一对应的位移测量装置，位移测量装置的本体与伸缩杆的一端固定连接，位移测量装置的测量端与测点固定装置通过磁吸力可拆卸的连接。

底部端盖设有朝内凸起的端盖连接部，端盖连接部的内壁设有螺纹，固定杆的底端与端盖连接部通过螺纹固定连接。固定杆和底部端盖通过螺纹连接，可以实现固定杆及其位移测量装置的回收利用。

伸缩杆设有伸缩部，伸缩部通过螺纹套筒实现伸缩杆的长度调节，可以通过旋转螺纹套筒轻松的实现伸缩杆长度的调节。

当固定杆与底部端盖固定连接后，伸缩杆的位置与测点固定装置的位置相对应。可以更加准确的测量位移各测点处的变形。

伸缩杆通过绑带与位移测量装置的本体固定连接。连接方式简单便捷。

位移测量装置的测量端固定设有磁铁，测点固定装置包括用以与磁铁配合连接的金属结构，在满足测量功能的同时，可以轻松的实现位移测量装置的回收利用。

保护套管包括若干保护套管单元，各保护套管单元之间可拆卸的连接；固定杆包括若干固定杆单元，各固定杆单元之间通过卡件可拆卸的连接，可以方便的实现位移测量装置的固定和拼装。

保护套管单元和固定杆单元之间相对应。

保护套管内在开口部设有胶套，胶套在开口部设有割口。

一种可回收围岩线性位移测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：打设测量钻孔；

步骤2：将连接有测点赋存体的连接部件插入保护套管单元的开口部，将连接部件和测点固定装置进行连接；

步骤3：将位移测量装置的本体与固定杆单元的伸缩杆相连接；

步骤4：将固定杆与保护套管的底部端盖固定连接；

步骤5：使固定杆的伸缩杆的位置与保护套管的测点固定装置相对应，伸缩杆的端部固定有位移测量装置的本体，调节伸缩杆的长度，使位移测量装置的位置与测点固定装置位于同一直线内，将位移测量装置的测量端与测点固定装置通过磁力连接；

步骤6：重复步骤2-步骤3连接相邻的保护套管单元，重复步骤5卡接相邻的固定杆单元，并完成相应的位移测量装置和测点固定装置的连接，边拼装边将拼装好的保护套管插入到钻孔中；

步骤7：向钻孔和保护套管的孔隙注浆，待浆体固结后，立即进行初始测量；

步骤8：在之后的每次测量时，通过各位移传感器的监测值，测量钻孔内的围岩位移值；

步骤9：测量完成后，用力旋转卸开固定杆，使位移测量装置的测量端与测点固定装置分离，取出固定杆，并完成位移测量装置的回收。

本申请实施例提供的可回收围岩线性位移测量装置及其使用方法，其测点赋存体与围岩通过注浆体固定连接，由于测点赋存体与测点固定装置可沿保护套管的纵向发生相对位移，因此当围岩发生变形时，测点赋存体会随围岩一起发生位移，进而带动测点固定装置发生相应的位移，位移测量装置设于保护套管内，并与测点固定装置固定连接，因此位移测量元件可以准确的测量测点赋存体的位移值，从而准确测量围岩的位移值。由于位移测量装置的测量端与测点固定装置通过磁力连接，当测量完成过后，通过旋转卸开固定杆、一方面可实现测量端与测点固定装置的分离，另一方面可以实现固定杆和保护套管之间的分离，从而可以将固定杆取出，实现位移测量装置的重复利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明装置结构的整体示意图；

图2为本发明装置中测点装置的侧视图；

图3为本发明装置中测点装置的正视图；

图中：1-保护套管；2-开口部；301-测点赋存体；302-连接部件；303-测点固定装置；401-直线位移传感器；5-固定杆；501-伸缩杆；502-螺纹套筒；6-胶套；601-割口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～3所示，一种可回收围岩线性位移测量装置，包括保护套管1、测点装置、固定杆5和位移测量装置。

其中，保护套管1为刚性体，用以沿测量方向设于围岩体内。保护套管的侧壁在不同深度处设有沿纵向设置的若干开口部2。在保护套管的内侧设有具有设定厚度的胶套6，该胶套6在与开口部2的对应处设有割口601，胶套与保护套管之间可以通过胶连的方式进行连接。保护套管的底端设有底部端盖。保护套管包括若干保护套管单元，各保护套管单元之间可拆卸的连接。此处的刚性体，是指沿测量方向不会发生伸缩，比如，保护套管采用HPVC硬管，即可满足其是刚性体的要求。可以理解的是，对于保护套管采用其他硬塑料或金属材料的情况，均在本申请的保护范围之内。

测点装置包括测点赋存体301、连接部件302和测点固定装置303。其中测点赋存体301设置在保护套管的外侧，测点固定装置303设于保护套管的内侧，测点赋存体301和测点固定装置303之间通过连接部件302连接。具体的，测点赋存体301为板体结构，板体的所在平面与保护套管的轴向方向大致垂直。由于在监测时，保护套管外侧和钻孔内壁之间充满注浆体，当围岩发生沿测量方向的变形时，板体结构与注浆体之间的接触面积为整个平面，因此可以随着围岩的变形一同产生位移，从而更加准确的进行位移位移的监测。

连接部件302为穿过胶套割口601的连杆，连杆的一端与测点赋存体301固连，连杆的另一端与测点固定装置303连接。由于胶套具有设定厚度，因此当连杆穿过胶套割口601时，由于胶套具有一定的弹性，因此胶套在连杆的周围仍然可以很好的闭合，从而避免注浆体从开口部2处灌入保护套管的内部。连杆与测点固定装置303可以固定连接，也可以是可拆卸的连接，具体形式可以为连杆的端部设有螺纹，并与测点固定装置303通过螺纹连接。其中，在测点固定装置303旋入连杆端口的螺纹时，优选的将测点固定装置303紧贴胶套，这样可以更好的避免注浆体向保护套管内的渗入。

固定杆5沿轴向设于保护套管的内部，固定杆5也包括若干固定杆单元，各固定杆单元和各保护套管单元相对应。固定杆的底端余底部端盖可拆卸的连接，具体的可以是，底部端盖设有朝内凸起的端盖连接部，端盖连接部的内壁设有螺纹，固定杆的底端与端盖连接部通过螺纹固定连接。固定杆的侧壁上还设有与测点固定装置303位置对应的伸缩杆501，伸缩杆501设有伸缩部，伸缩部通过螺纹套筒502实现伸缩杆的长度调节。

伸缩杆的另一端通过绑带与位移测量装置的本体固定连接，位移测量装置的测量端与对应的测点固定装置通过磁吸力可拆卸的连接。具体方式为，位移测量装置的测量端固定设有磁铁，测点固定装置上设有用以与该磁铁配合连接的金属结构。磁铁与金属结构之间的磁吸力大于可以带动位移测量装置的测量端移动的力。当固定杆与底部端盖固定连接后，伸缩杆的位置与测点固定装置的位置相对应。

具体的，位移测量装置采用直线位移传感器401。当测点固定装置随着测点赋存体301发生位移时，直线位移传感器401的测量端同样随着测点固定装置发生位移，而与固定杆固定连接的位移测量装置的本体保持固定，从而测出该测点处的围岩变形。

优先的，每个保护套管单元上均设有一组测点装置。可以根据需要，设置保护套管单元的长度，从而确定测量的不同深度。其中，直线位移传感器401的线路可以通过保护套管的内部接出至数据采集系统。

本申请实施例还包括一种可回收围岩线性位移测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：在隧道内的待测点处朝待测方向打设测量钻孔，钻孔长度根据需要测量的深度范围确定（一般不超过30m）；

步骤2：将连接有测点赋存体的连接部件插入保护套管单元的开口部2，将连接部件和测点固定装置进行连接；

步骤3：将位移测量装置的本体与固定杆单元的伸缩杆相连接；

步骤4：将固定杆与保护套管的底部端盖固定连接；

步骤5：使固定杆的伸缩杆的位置与保护套管的测点固定装置相对应，伸缩杆的端部固定有位移测量装置的本体，调节伸缩杆的长度，使位移测量装置的位置与测点固定装置位于同一直线内，将位移测量装置的测量端与测点固定装置通过磁力连接；

步骤6：重复步骤2-步骤3连接相邻的保护套管单元，重复步骤5卡接相邻的固定杆单元，并完成相应的位移测量装置和测点固定装置的连接，边拼装边将拼装好的保护套管插入到钻孔中；

步骤7：向钻孔和保护套管的孔隙注浆，待浆体固结后，立即进行初始测量；

步骤8：在之后的每次测量时，通过各位移传感器的监测值，测量钻孔内的围岩位移值；

步骤9：测量完成后，用力旋转卸开固定杆，使位移测量装置的测量端与测点固定装置分离，取出固定杆，并完成位移测量装置的回收。

本申请实施例具有如下优点：

1、精度高，利用直线位移传感器可以多次量测和分析，大大地提高精度；

2、安装与操作简易方便，可循环使用；

3、不受施工动态的影响，可实时监测隧道围岩内部的位移变化，为安全预警提供数据信息。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，包括：

保护套管，用以沿测量方向设于围岩体内，所述保护套管为刚性体，所述保护套管的侧壁在不同深度处设有沿纵向设置的若干开口部，所述保护套管的底端设有底部端盖；

可沿所述保护套管的纵向相对运动的与所述开口部相对应的若干测点装置，所述测点装置包括测点赋存体、连接部件和测点固定装置，所述连接部件的一端与设于所述保护套管内的测点固定装置固定连接，所述连接部件的另一端穿过所述开口部设于所述保护套管的外侧与所述测点赋存体固定连接；

固定杆，其沿轴向设于所述保护套管的内部，所述固定杆与所述底部端盖可拆卸的连接，所述固定杆的侧壁上设有与所述测点固定装置位置对应的伸缩杆；

与所述开口部一一对应的位移测量装置，所述位移测量装置的本体与所述伸缩杆的一端固定连接，所述位移测量装置的测量端与所述测点固定装置通过磁吸力可拆卸的连接。

2.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述底部端盖设有朝内凸起的端盖连接部，所述端盖连接部的内壁设有螺纹，所述固定杆的底端与所述端盖连接部通过螺纹固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，当所述固定杆与所述底部端盖固定连接后，所述伸缩杆的位置与所述测点固定装置的位置相对应。

4.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述伸缩杆设有伸缩部，所述伸缩部通过螺纹套筒实现所述伸缩杆的长度调节。

5.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述伸缩杆通过绑带与所述位移测量装置的本体固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述位移测量装置的测量端固定设有磁铁，所述测点固定装置包括用以与所述磁铁配合连接的金属结构。

7.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述保护套管包括若干保护套管单元，各保护套管单元之间可拆卸的连接；所述固定杆包括若干固定杆单元，各所述固定杆单元之间通过卡件可拆卸的连接，可以方便的实现位移测量装置的固定和拼装。

8.根据权利要求7所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述保护套管单元和所述固定杆单元之间相对应。

9.根据权利要求1所述的一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置，其特征在于，所述保护套管内在所述开口部设有胶套，所述胶套在所述开口部设有割口。

10.一种用以监测隧道围岩内部位移的可回收测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：打设测量钻孔；

步骤2：将连接有测点赋存体的连接部件插入保护套管单元的开口部，将所述连接部件和测点固定装置进行连接；

步骤3：将位移测量装置的本体与固定杆单元的伸缩杆相连接；

步骤4：将固定杆与所述保护套管的底部端盖固定连接；

步骤5：使所述固定杆的伸缩杆的位置与所述保护套管的测点固定装置相对应，所述伸缩杆的端部固定有位移测量装置的本体，调节所述伸缩杆的长度，使所述位移测量装置的位置与所述测点固定装置位于同一直线内，将所述位移测量装置的测量端与所述测点固定装置通过磁力连接；

步骤6：重复所述步骤2-步骤3连接相邻的保护套管单元，重复所述步骤5卡接相邻的固定杆单元，并完成相应的位移测量装置和测点固定装置的连接，边拼装边将拼装好的保护套管插入到钻孔中；

步骤7：向所述钻孔和保护套管的孔隙注浆，待浆体固结后，立即进行初始测量；

步骤8：在之后的每次测量时，通过各位移传感器的监测值，测量所述钻孔内的围岩位移值；

步骤9：测量完成后，用力旋转卸开所述固定杆，使所述位移测量装置的测量端与所述测点固定装置分离，取出所述固定杆，并完成位移测量装置的回收。