CN110595367A - 一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法 - Google Patents

一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，包括以下步骤：在隧道上方地面布置探测断面；在探测断面上间隔布置探测孔；在探测孔内下放测斜管至孔底；在测斜管内通过测斜仪依次测量各测点处的偏移值；根据偏移值计算出测斜仪的空间测量轨迹，即探测孔的三维空间轨迹，并根据三维空间轨迹获取探测孔孔底的三维空间坐标；将位于同一断面上的各探测孔的三维空间轨迹全部投影到探测断面上，在探测断面上得到各探测孔位置处所对应的隧道埋深和空间位置，并在探测断面上对隧道的外轮廓进行拟合，得到隧道的外轮廓和形态。本发明的优点是：在钻探探摸基础上，增加了测孔倾斜检测和相应的数据校正计算过程，大大降低了探测误差，提高了探测精度，进而可通过拟合计算获取地下隧道结构的精确位置、轮廓和形变。

Description

一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法
技术领域
本发明涉及地下构筑物探测技术领域，具体涉及一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法。
背景技术
对于大埋深隧道及管涵类地下构筑物，以探地雷达、地震波法等无损检测技术往往只能检测其大致位置，存在一定误差，很难获得其精确的埋深及平面位置，而常规采用钻探、静力触探等探摸方法仅根据钻杆的进尺深度来判断构筑物埋深，这种情况下，只有当探杆完全垂直向下时，所得到的触探深度才是真正埋深。但实际应用中由于地层软弱不均、钻机难以精确调平等诸多不可控的因素存在，实际探杆很难达到完全垂直的状态。当埋深较大时，钻杆在土体中甚至会出现螺旋状扭曲，此时，探杆的实际长度将明显大于构筑物的实际埋深。因此仅以钻杆的进尺来判断埋深，其埋深误差将是不可控的，难以获取隧道等地下构筑物准确位置，更无法获取其细微变形及位移情况。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，该探测方法通过将测斜方法应用到钻孔中，根据各测点的测斜数据计算出钻杆在钻孔时的实际空间轨迹，消除由于钻杆扭曲和倾斜带来的深度误差，从而得到探测孔孔底的实际空间三维坐标，以获得隧道的实际顶埋深。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于所述探测方法包括以下步骤：在待检测的隧道上方地面布置探测断面；在所述探测断面上间隔标定至少3个待钻探孔位并进行钻探形成探测孔；在所述探测孔内下放测斜管至孔底，并记录所述测斜管的总长度；所述测斜管内间隔分布有若干测点，在所述测斜管内置入测斜仪并依次测量各所述测点处的偏移值；根据所述偏移值的数据计算出所述测斜仪的空间测量轨迹，即所述探测孔的三维空间轨迹，并根据所述三维空间轨迹获取所述探测孔孔底的三维空间坐标；将位于同一所述断面上的各所述探测孔的三维空间轨迹全部投影到所述断面所在的竖向探测断面上，在所述探测断面上得到各所述探测孔位置处所对应的所述隧道的埋深和空间位置，并在所述探测断面上对所述隧道的外轮廓进行拟合，根据拟合获得的外轮廓数据得到所述隧道的空间位置以及顶埋深。
在对所述待钻探孔位进行钻探时，钻探至所述隧道的管片外表面为止。
所述测斜仪依次测量各所述测点处的横向偏移值和轴向偏移值，其中，所述横向是指水平方向上垂直于所述隧道的方向，所述轴向是指水平方向上沿所述隧道的轴线方向；根据各所述测点处的横向偏移值和轴向偏移值计算出所述探测孔的孔底累积横向偏移值、轴向偏移值，之后再根据所述探测孔的孔口坐标以及所述孔底累积横向偏移值、轴向偏移值计算出所述探测孔的三维空间轨迹。
所述测线位于所述探测断面上，且所述探测断面与所述待检测隧道的走向相垂直或大角度相交。
通过拟合所述隧道的外轮廓，以获得所述实际探测出的隧道位置与隧道竣工测量位置或隧道设计位置在横向和竖向上的偏差和位移。
通过拟合所述隧道的外轮廓，以获得所述隧道的变形情况。
本发明的优点是：在传统钻探探摸的基础上，增加了测斜检测和相应的数据校正计算过程，大大降低了检测的误差，获取隧道等地下建构筑物的准确位置，并在此基础上可进一步拟合出隧道变形情况，具有更强检测的能力。
附图说明
图1为本发明中既有隧道结构变形及位移精细探测实施示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1，图中各标记分别为：地面1、探测断面2、待钻探孔位3、钻探探杆4、隧道5。
实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，该探测方法通过将测斜方法应用到钻孔中，根据各测点的测斜数据计算出钻探钻杆4在钻孔时的实际三维空间轨迹，消除由于钻探钻杆4扭曲和倾斜带来的深度误差，从而得到探测孔孔底的实际空间三维坐标，以获得隧道的实际顶埋深，具体包括以下步骤：
（1）本实施例中的待探测对象为隧道5，在隧道5上方的地面上布置探测断面2，探测断面2的布置方向与隧道5的走向相垂直或大角度相交；
（2）在探测断面2上间隔布置至少三个待钻孔孔位3，采用钻探设备分别在各待钻孔孔位3上向下进行探测孔的钻进，直至钻进至隧道5的管片外壁面为止，获得探测孔，如图1所示，钻探探杆4在钻进过程中发生扭曲和偏移；
（3）在探测孔内下放特制的测斜管，测斜管下放完成后应确保测斜管的底端正好接触到隧道5的外壁面，与此同时，记录测斜管自探测孔的孔口到孔底的总长度；
（4）在测斜管内间隔分布有若干测点，各测点之间的间距相同；在测斜管内置入测斜仪，测斜仪在测斜管内依次测量各个测点处的偏移值，此处的偏移值包括测点处的横向偏移值和轴向偏移值；根据各测点处所测量到的偏移值数据计算相较于孔口位置处的孔底累积横向偏移值和孔底累积轴向偏移值；并根据探测孔的孔口坐标、孔底累积横向偏移值以及孔底累积轴向偏移值采用相关算法计算出测斜仪的空间测量轨迹，这个空间测量轨迹也即本实施例中探测孔和钻探探杆4的三维空间轨迹；根据探测孔的三维空间轨迹获取探测孔的孔底三维空间坐标；
（5）将位于同一探测断面2上的各探测孔的三维空间轨迹投影到探测断面2上，从而在探测断面2上得到每个探测孔位置处所对应的隧道5的顶埋深；此外，由于本实施例中在探测断面2上实际分布有至少3个探测孔，因此我们可以获得至少3个探测孔的深度，可根据各探测孔所处位置处的隧道5的顶埋深以及隧道5的外直径拟合出隧道5的外轮廓，根据拟合获得的隧道5外轮廓，获得隧道5的顶埋深及其空间位置；
（6）除此之外，根据拟合获得的隧道5的外轮廓数据，可以得到隧道5的实际位置与设计位置在竖向和横向上的偏差，也可以获得隧道的变形情况。
本实施例中的探测方法除了可以应用在隧道探测上，也可以用在其他大埋深且具有一定检测工作面的地下管道或构筑物，检测的参数除了顶埋深之外，也可以是平面位置或是变形情况。

Claims (6)

1.一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于所述探测方法包括以下步骤：在待检测的隧道上方地面布置探测断面；在所述探测断面上间隔标定至少3个待钻探孔位并进行钻探形成探测孔；在所述探测孔内下放测斜管至孔底，并记录所述测斜管的总长度；所述测斜管内间隔分布有若干测点，在所述测斜管内置入测斜仪并依次测量各所述测点处的偏移值；根据所述偏移值的数据计算出所述测斜仪的空间测量轨迹，即所述探测孔的三维空间轨迹，并根据所述三维空间轨迹获取所述探测孔孔底的三维空间坐标；将位于同一所述断面上的各所述探测孔的三维空间轨迹全部投影到所述断面所在的竖向探测断面上，在所述探测断面上得到各所述探测孔位置处所对应的所述隧道的埋深和空间位置，并在所述探测断面上对所述隧道的外轮廓进行拟合，根据拟合获得的外轮廓数据得到所述隧道的空间位置以及顶埋深。
2.根据权利要求1所述的一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于在对所述待钻探孔位进行钻探时，钻探至所述隧道的管片外表面为止。
3.根据权利要求1所述的一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于所述测斜仪依次测量各所述测点处的横向偏移值和轴向偏移值，其中，所述横向是指水平方向上垂直于所述隧道的方向，所述轴向是指水平方向上沿所述隧道的轴线方向；根据各所述测点处的横向偏移值和轴向偏移值计算出所述探测孔的孔底累积横向偏移值、轴向偏移值，之后再根据所述探测孔的孔口坐标以及所述孔底累积横向偏移值、轴向偏移值计算出所述探测孔的三维空间轨迹。
4.根据权利要求1所述的一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于所述测线位于所述探测断面上，且所述探测断面与所述待检测隧道的走向相垂直或大角度相交。
5.根据权利要求1所述的一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于通过拟合所述隧道的外轮廓，以获得所述实际探测出的隧道位置与隧道竣工测量位置或隧道设计位置在横向和竖向上的偏差和位移。
6.根据权利要求1所述的一种既有隧道结构变形及位移精细探测方法，其特征在于通过拟合所述隧道的外轮廓，以获得所述隧道的变形情况。
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