CN111058436A - 一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及方法，通过采用植标控制箱、牵引线和植标器，包括植标控制箱、牵引线以及植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述植标控制箱通过驱动抽拉牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的各植标预留孔位置，所述护壁套筒在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标器能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移，解决了沉降标在深层土体分层设置困难的问题。

Description

一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及方法

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其涉及一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及方法。

背景技术

岩土地下工程施工过程中，为确保工程自身安全并对周边环境影响进行有效控制，需及时掌握周边地层介质变形情况及趋势，通过沉降监测可以完成对地层沉降这一重要数据指标进行实时搜集。随着地下空间开发的深度不断增加，采用相对简单的地表沉降监测已经不能直接反应施工作业区周边的土体变形情况，实施深层土体沉降监测可为工程建设提供更有效的环境影响量化判据；同时对于周边地层中存在复杂交错管线分布的情况下，土体深层分层沉降监测数据更为直观、精确的反应管线周边土体的变位情况，为管线保护方案及措施的确立提供依据，也为工程设计施工以及项目风险管理提供依据。

对于路堤填筑以及大坝堆筑等回填地层的沉降监测，一般可按回填土次序，依次埋设沉降监测装置即可，该类装置较为简便。而对于原土地层的沉降监测，需采用竖向钻孔埋设分层沉降监测管或横剖面打入埋设测倾管的方法进行沉降监测装置的埋设。目前，针对软土地层深层土体分层沉降监测的方法常用的一般有两种：

1.深标点水准仪：深标点水准仪是通过钻机在预定位置钻孔，为防止塌孔，在套筒保护下内设置沉降盘或回弹标，采用导杆或钢尺将孔底变位引出地表，再在地面通过水准仪进行观测。

但是，深标点水准仪具有以下缺陷：1)一个钻孔只能布置一个深标点，一个深标点只能完成单一深度地层的沉降监测，若干个测点则需要若干个钻孔，布置太少无法形成有效监测，布置太多则大大影响工程施工作业空间；2)根据该方法的监测原理必须在套筒侧向变位不大的情况下方能保证测量精度，对于软土地区的地下工程普遍存在的侧向变形较大的情况缺乏适用性。

2.磁环式分层沉降仪：常用的磁环式分层沉降仪是由磁铁环、保护导管、探测头、指示器等部分组成。测孔主要施工步骤包括：首先根据测点设计高程将磁环连同爪子一起套在导管相应的位置上，然后钻孔至预定高程再沉放导管，打开爪子以保证磁环与土体同步变形。沉降监测过程中：于导孔中放入带有长度标记的探测头，当探测头达到磁环位置附近，接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出管口出的标尺数值，进而得到磁铁环的位移值，最终得到地层的隆沉变形情况。目前采用的导管有两种，一种是可压缩软管，直径为20mm左右，土层沉降时软管被压缩，磁环连同软管一起沉降；另一种是硬管，直径为40mm左右，磁环与爪子固定在一起但可以在管上自由滑动。磁环式沉降仪的另一种改进的做法是采用铁环代替磁环,相应的是将原来的铁测头改成磁测头,可以降低一些成本。

但是，磁环沉降仪具有以下缺陷：1)磁铁环是套接在导管之上，导管对磁环的变位具有一定的约束作用，常常由于泥沙的卡嵌阻塞导致不能完全自由滑动，也就不能保证磁环与地层之间的绝对同步变形，也就导致量测失败；2)导管及管周边一定范围内的间隙充填介质一起形成了较原状土体刚度相差较大的“复合微型桩”，该“微型桩”作用的存在进一步导致磁环的变形并不能精确反映周边地层的变位情况；3)磁环上下滑动位置存在一定区间，该区间决定了其量程有限，当磁环到达接头处则无法继续滑动，导致后续量测失效；4)地层变位发生后导管同时也会产生一定的变形，此时采用带有长度标记的测头在弯管中进行沉降量测，量测结果其实是弯管轴心曲线的长度，而非真实的绝对水准高度；5)读数的准确性和测量的精度决定于如何判定发音或指示的起始位置，这多受到操作者主观判断影响；6)安装过程中，磁环两两之间的孔壁缝隙填充很难保证密实，这种情况极易影响测点精度甚至直接报废。

因此，如何在一个竖向钻孔内将沉降标预先分层植入地层内，并使得沉降标能够跟随周边土体自由位移，是本领域亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及方法，能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标能够随周围土体自由一致位移，解决了沉降标在深层土体分层设置困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，包括植标控制箱、牵引线以及植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述植标控制箱通过驱动抽拉牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的各植标预留孔位置，所述护壁套筒在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标器能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置中，所述植标器包括标匣、微型多级伸缩液压油缸、以及微型液压动力单元，所述标匣包括标匣壳以及螺旋弹簧，所述沉降标横向设置且依次叠置于所述标匣壳内，所述标匣壳内最下方的沉降标所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧设置于所述标匣壳内并且位于最上方的沉降标与标匣壳的顶板之间，所述螺旋弹簧能够将沉降标往发射仓逐个推送，所述标匣壳的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标发射口以及沉降标驱动口，所述微型液压动力单元通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸经沉降标驱动口驱动位于发射仓内的沉降标依次经所述沉降标发射口以及护壁套筒的植标预留孔进入地层。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置中，所述植标预留孔预先采用橡胶片进行封孔，以免地下水土流入管内导致堵塞。

本发明还公开了一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，包括如下步骤：

步骤一：在监测点位采用钻机进行监测导孔的钻进掘削，同时采用护壁套筒跟进沉放于监测导孔内，所述护壁套筒在筒身预先根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，所述植标预留孔预先采用临时封孔；

步骤二：安装软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，所述软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置包括植标控制箱、牵引线和植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述植标器包括标匣、微型多级伸缩液压油缸、以及微型液压动力单元，所述标匣包括标匣壳以及螺旋弹簧，所述沉降标横向设置且依次叠置于所述标匣壳内，所述标匣壳内最下方的沉降标所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧设置于所述标匣壳内并且位于最上方的沉降标与标匣壳的顶板之间，所述螺旋弹簧能够将沉降标往发射仓逐个推送，所述标匣壳的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标发射口以及沉降标驱动口，所述微型液压动力单元通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸经沉降标驱动口驱动位于发射仓内的沉降标依次经所述沉降标发射口以及护壁套筒的植标预留孔进入地层。

步骤三：通过所述微型多级伸缩液压油缸的多级大行程伸缩顶杆的伸展运动将位于所述发射仓内的沉降标经护壁套筒上对应的植标预留孔径向植入地层内，植入地层的所述沉降标与所述护壁套筒需确保一定间距，植标完成后所述微型多级伸缩液压油缸收回伸缩顶杆，同时在所述螺旋弹簧驱动作用下标匣内下一个沉降标弹射进入发射仓。

步骤四：通过植标控制箱驱动牵引线逐步提升植标器，使得植标器发射仓中的沉降标发射口抵达护壁套筒中的下一植标预留孔位置，重复步骤三进行相应沉降标的植入，直至完成所有沉降标的植标作业。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，所述植标预留孔采用橡胶片进行封孔。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，步骤四之后还包括如下步骤：

步骤五，将测管放入护壁套筒内，同时对测管与护壁套筒之间的间隙进行填充，随后将护壁套筒提拔出地表面，进一步保证填充密实度，最后，在测管的顶部设置孔口保护盖；

步骤六，移除测管的顶部的孔口保护盖，将监测控制模块安装于所述测管的上端，并通过测管接头套使得注液调平装置与测管连通，通过注液调平装置向所述测管内注液，并根据基准点设置所述注液调平装置内液体的液面高度，所述基准点为设置在工程影响范围以外的地层位移不动点；

步骤七：通过监测控制模块中的探头收放装置控制探头在测管中逐步下沉，随着探头的下降，数据采集及处理模块采集到探测信号强度波形以及探头水准坐标，得出各沉降标的初始高程H₀，完成整个测量作业周期的初始值标定；

步骤八，随着工程进行，所植入的沉降标跟随周边地层发生协同位移，在一定间隔时间内采用步骤七中方法进行逐步跟踪监测，获取各沉降标的各阶段的竖向高程H_n；

步骤九，数据采集及处理模块对每一次监测结果进行汇总并图形输出，将信号强度波形曲线与探头水准坐标曲线同步并行绘制，其中信号强度波形曲线上的波峰位置对应的探头水准坐标曲线上的坐标值是沉降标目前的实际水准坐标值，将本次测得的各点水准坐标减去初始标定值获得各沉降标的竖向位移值δ_n，δ_n＝H_n-H₀，从而实现地层深层分层沉降监测的目的。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，步骤九之后还包括如下步骤：

步骤十，每一次测量完毕，撤除监测控制模块以及数据采集及处理模块，并恢复安装孔口保护盖。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，所述植标预留孔预先采用橡胶片进行封孔，以免地下水土流入管内导致堵塞。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置及其应用方法，通过采用植标控制箱、牵引线和植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒通过钻孔沉放于地层内，所述植标控制箱通过牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的指定位置，所述护壁套筒在筒身预先竖向分层监测位置要求设置了一系列的植标预留孔，且植标预留孔采用临时封孔，所述植标器能够在护壁套筒这一极为有限的空间内将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，并使得沉降标能够跟随周边土体自由位移，沉降标是具有一定的信号发生功能，可自由的随地层产生协同位移，解决了沉降标在地层分层设置困难的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的结构示意图。

图2为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤一时的结构示意图。

图3为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤二时的结构示意图。

图4为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤三时的结构示意图。

图5为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤四时的结构示意图。

图6为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤五时的结构示意图。

图7为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤六时的结构示意图。

图8为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤八时的结构示意图。

图9为本发明一实施例的控制及数据采集模块的图形输出示意图。

图10为本发明一实施例的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法在步骤十时的结构示意图。

图11为本发明一实施例的地层深层分层沉降监测的主要原理的原理示意图。

图中：1-测管、2-沉降标、21-信号发生元件、3-监测控制模块、31-注液调平装置、32-探头收放装置、33-测管接头套、4-数据采集及处理模块、5-探头、51-信号接收元件、52-液压量测元件、61-植标控制箱、62-牵引线、63-植标器、631-标匣壳、632-螺旋弹簧、633-多级伸缩液压油缸、634-微型液压动力单元、7-基准点、8-护壁套筒、81-橡胶片、9-液体、10-孔口保护盖、11-钻机、12-导孔、13-黏性土球。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

请参阅图1至图11，本实施例公开了一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，包括植标控制箱61、牵引线62以及植标器63，所述植标器63位于护壁套筒8内，所述护壁套筒8是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述植标控制箱61通过驱动抽拉牵引线62带动所述植标器63在护壁套筒8内上下移动且能够将所述植标器63对准护壁套筒8的各植标预留孔位置，所述护壁套筒8在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标器63能够利用所述护壁套筒8极为有限的筒内空间将各沉降标2经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标2独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移。

本发明提供的一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置6，通过采用植标控制箱61、牵引线62和植标器63，所述植标器63位于护壁套筒8内，所述护壁套筒8通过钻孔沉放于地层内，所述植标控制箱61通过牵引线62带动所述植标器63在护壁套筒8内上下移动且能够将所述植标器63对准护壁套筒8的指定位置，所述护壁套筒8在筒身预先竖向分层监测位置要求设置了一系列的植标预留孔，且植标预留孔采用临时封孔，所述植标器63能够在护壁套筒8这一极为有限的空间内将各沉降标2经对应的植标预留孔植入地层内，并使得沉降标2能够跟随周边土体自由位移，沉降标2是具有一定的信号发生功能，可自由的随地层产生协同位移，解决了沉降标2在地层分层设置困难的问题。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置中，所述植标器63包括标匣、微型多级伸缩液压油缸633、以及微型液压动力单元634，所述标匣包括标匣壳631以及螺旋弹簧632，所述沉降标2横向设置且依次叠置于所述标匣壳631内，所述标匣壳631内最下方的沉降标2所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧632设置于所述标匣壳631内并且位于最上方的沉降标2与标匣壳631的顶板之间，所述螺旋弹簧632能够将沉降标2往发射仓逐个推送，所述标匣壳631的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标2发射口以及沉降标2驱动口，所述微型液压动力单元634通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸633连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸633经沉降标2驱动口驱动位于发射仓内的沉降标2依次经所述沉降标2发射口以及护壁套筒8的植标预留孔进入地层。

所述标匣壳631内存放多个沉降标2，在逐个植入过程中，在螺旋弹簧632的驱动作用下不断将标匣壳631中沉降标2顶推入发射仓代替先前发射出去的沉降标2。螺旋弹簧632不但可以将沉降标2顶推入发射仓代替先前发射出去的沉降标2，而且可以在多级伸缩液压油缸633推送沉降标2进入地层时，防止沉降标2偏离发射方向(即护壁套筒8的径向即水平方向)，从而可以在一定程度上提高植标精度和效率。此外，多级伸缩液压油缸633体积较小，其可以实现在护壁套筒8这一极为有限的空间内将各沉降标2经对应的植标预留孔植入地层内。

此外将所述标匣壳631内最下方的沉降标2所在的空间作为发射仓，可以借助沉降标2的重力作用使得沉降标2依次进入发射仓代替先前发射出去的沉降标2，降低对螺旋弹簧632的弹力需求，螺旋弹簧632只要保证沉降标2能够在多级伸缩液压油缸633水平推送即可。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置中，所述植标预留孔采用橡胶片81进行封孔，所述橡胶片81黏贴于所述植标预留孔上，在护壁套筒8沉放时，可以避免泥浆从植标预留孔流入护壁套筒8内导致堵塞；当需要植入沉降标2时，沉降标2在微型液压动力单元634作用下很容易冲破植标预留孔上的橡胶片81进入地层。

请继续参阅图1至图11，本发明公开了一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，包括如下步骤：

步骤一：在监测点位采用钻机11进行监测导孔12的钻进掘削，同时采用护壁套筒8跟进沉放于监测导孔12内，所述护壁套筒8在筒身预先根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，所述植标预留孔预先采用临时封孔；护壁套筒8可以对导孔12起到护壁作用，从而可以避免软土地层钻孔过程中常见的塌孔现象，同时随后的沉降标2植入提供设备运行空间。

步骤二：安装软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，所述软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置包括植标控制箱61、牵引线62和植标器63，所述植标器63位于护壁套筒8内，所述植标器63包括标匣、微型多级伸缩液压油缸633、以及微型液压动力单元634，所述标匣包括标匣壳631以及螺旋弹簧632，所述沉降标2横向设置且依次叠置于所述标匣壳631内，所述标匣壳631内最下方的沉降标2所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧632设置于所述标匣壳631内并且位于最上方的沉降标2与标匣壳631的顶板之间，所述螺旋弹簧632能够将沉降标2往发射仓逐个推送，所述标匣壳631的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标2发射口以及沉降标2驱动口，所述微型液压动力单元634通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸633连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸633经沉降标2驱动口驱动位于发射仓内的沉降标2依次经所述沉降标2发射口以及护壁套筒8的植标预留孔进入地层。

步骤三：通过所述微型多级伸缩液压油缸633的多级大行程伸缩顶杆的伸展运动将位于所述发射仓内的沉降标2经护壁套筒8上对应的植标预留孔径向植入地层内，植入地层的所述沉降标2与所述护壁套筒8需确保一定间距，植标完成后所述微型多级伸缩液压油缸633收回伸缩顶杆，同时在所述螺旋弹簧632驱动作用下标匣内下一个沉降标2弹射进入发射仓。沉降标2具有一定的信号发生功能，其内设有信号发生元件21，植入地层的沉降标2可自由的随地层产生协同位移。

步骤四：通过植标控制箱61驱动牵引线62逐步提升植标器63，使得植标器63发射仓中的沉降标2发射口抵达护壁套筒8中的下一植标预留孔位置，重复步骤三进行相应沉降标2的植入，直至完成所有沉降标2的植标作业。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置6的应用方法中，所述植标预留孔采用橡胶片81进行封孔。所述橡胶片81黏贴于所述植标预留孔上，在护壁套筒8沉放时，可以避免泥浆从植标预留孔流入护壁套筒8内，当需要植入沉降标2时，沉降标2在微型液压动力单元634作用下很容易冲破植标预留孔上的橡胶片81进入地层。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，步骤四之后还包括如下步骤：

步骤五，将测管1放入护壁套筒8内，同时对测管1与护壁套筒8之间的间隙进行填充，具体可以填充黏性土球13，通过在测管1与护壁套筒8之间的间隙填充黏性土球13，确保后续护壁套筒撤除过程中，避免因导孔塌孔而引起的周边地层过度变位。随后将护壁套筒8提拔出地表面，进一步保证填充密实度，最后，在测管1的顶部设置孔口保护盖10，以避免测管1因工程施工作业而出现破坏或者堵塞。采用所述测管1是为了保证后续探头5能够拥有足够的空间到达所需监测深度，且通过在测管1中填充一定重度的液体9，形成液压水准监测的条件。

步骤六，移除测管1的顶部的孔口保护盖10，将监测控制模块3安装于所述测管1的上端，并通过测管接头套33使得注液调平装置31与测管1连通，通过注液调平装置31向所述测管1内注液，并根据基准点7设置所述注液调平装置31内液体9的液面高度，所述基准点7为设置在工程影响范围以外的地层位移不动点；

步骤七：通过监测控制模块3中的探头收放装置32控制探头5在测管1中逐步下沉，随着探头5的下降，数据采集及处理模块4采集到探测信号强度波形以及探头5水准坐标，得出各沉降标2的初始高程H₀，完成整个测量作业周期的初始值标定。所述探头5包括信号接收元件51和液压量测元件52，通过信号接收元件51可以接收到沉降标2所产生的信号并通过传输电缆传送到数据采集及处理模块4形成信号强度波形曲线，通过液压量测元件52可以测试所处位置的液压强度并通过传输电缆传送到数据采集及处理模块4形成探头5水准坐标曲线；控制及数据采集模块4通过对探头5传输过来的信号强度和液压强度信息进行采集并通过一定的数据整理可以确定沉降标2当前所在的水准位置。

步骤八，随着工程进行，所植入的沉降标2跟随周边地层发生协同位移，在一定间隔时间内采用步骤七中方法进行逐步跟踪监测，获取各沉降标2的各阶段的竖向高程H_n；

步骤九，数据采集及处理模块4对每一次监测结果进行汇总并图形输出，将信号强度波形曲线与探头5水准坐标曲线同步并行绘制，其中信号强度波形曲线上的波峰位置对应的探头5水准坐标曲线上的坐标值是沉降标2目前的实际水准坐标值，将本次测得的各点水准坐标减去初始标定值获得各沉降标2的竖向位移值δ_n，δ_n＝H_n-H₀，从而实现地层深层分层沉降监测的目的。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，步骤九之后还包括如下步骤：

步骤十，每一次测量完毕，撤除监测控制模块3以及数据采集及处理模块4，并恢复安装孔口保护盖10。

优选的，在上述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法中，所述植标预留孔预先采用橡胶片81进行封孔，以免地下水土流入管内导致堵塞。

该地层深层分层沉降监测的主要原理如图10所示，探头5沿着测管1向下运动过程中，探头5首先进入沉降标2所发生信号的有效探测范围，通过信号接收元件51探测到沉降标2的发生信号，信号接收强度也随着探头5与沉降标2的相对位置从无到有、由弱变强、由强变弱，最后再到信号丢失，反应在信号曲线图中的必然有一个波动，其波峰所对应的时刻点是探头5与沉降标2相对位置最为相近的时刻点，此时的探头5与沉降标2其实是在同一水平面上，即此时的探头5的水平位置与沉降标2的水平位置相同；探头5内同时安装了液压量测元件52，可对所处位置的液压进行精确量测，然后根据公式P＝ρgh很容易将来自探头探测到液压强度P换算得到所处当下探头的深度水准坐标h即探头5离开液面的距离，其中ρ为液体的密度，g为重力加速度；最后，将信号强度波形曲线与探头5水准坐标曲线同步并行绘制，其中信号强度波形曲线上的波峰位置对应的探头5水准坐标曲线上的坐标值便是沉降标22当前的实际水准坐标值。

一方面，沉降标2与测管1之间无任何约束作用，沉降标2真正意义上实现了随地层变位而协同变位；采用沉降标2植入器将沉降标2植入土体一定距离，可有效避免由于导孔12、测管1组合而成的“微型桩”效应，该“微型桩”刚度相对原状地层刚度存在明显差异而导致器周边一定范围内地层变位“非自然”的问题；

另一方面，由于测管1直径只需满足探头5的安放空间，因此可以尽量做小，这样一来采用本方法的测管1相对传统测管1对地层的影响更为微弱，降低对地层的“加固”效应，提高沉降测量精度；使用该方法可以实现单次多点快速测量，避免传统通过人工读数带来的麻烦以及人为误差，能够大幅减少监测作业工作量；

再一方面，由于本方法属于液压监测，有效避免了传统悬尺读数在大变形监测中存在的误差偏大问题，满足岩土工程大变形监测需求；本方法装置中沉降标2是自由无约束的、测管1可以是柔性的、测管1孔口设置了孔口保护盖10，充分降低监测作业的故障率且易于维护；本方法属于直接测量，大幅减少误差来源，且引入其他物理量的换算误差，具有更高的监测精度；该方法操作流程简便，易于实现标准化、规范化，更加易于实现半自动化乃至自动化监测。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，其特征在于，包括植标控制箱、牵引线以及植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述护壁套筒是在钻孔掘削过程中跟进下放于地层中，所述植标控制箱通过驱动抽拉牵引线带动所述植标器在护壁套筒内上下移动且能够将所述植标器对准护壁套筒的各植标预留孔位置，所述护壁套筒在筒身根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，且所述植标预留孔采用临时封孔，所述植标器能够利用所述护壁套筒极为有限的筒内空间将各沉降标经对应的植标预留孔植入地层内，使得沉降标独立设置于地层内，能够随周围土体自由一致位移。

2.如权利要求1所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，其特征在于，所述植标器包括标匣、微型多级伸缩液压油缸、以及微型液压动力单元，所述标匣包括标匣壳以及螺旋弹簧，所述沉降标横向设置且依次叠置于所述标匣壳内，所述标匣壳内最下方的沉降标所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧设置于所述标匣壳内并且位于最上方的沉降标与标匣壳的顶板之间，所述螺旋弹簧能够将沉降标往发射仓逐个推送，所述标匣壳的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标发射口以及沉降标驱动口，所述微型液压动力单元通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸经沉降标驱动口驱动位于发射仓内的沉降标依次经所述沉降标发射口以及护壁套筒的植标预留孔进入地层。

3.如权利要求1所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，其特征在于，所述植标预留孔预先采用橡胶片进行封孔。

4.一种软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在监测点位采用钻机进行监测导孔的钻进掘削，同时采用护壁套筒跟进沉放于监测导孔内，所述护壁套筒在筒身预先根据竖向分层监测位置要求设置一系列的植标预留孔，所述植标预留孔预先采用临时封孔；

步骤二：安装软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置，所述软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置包括植标控制箱、牵引线和植标器，所述植标器位于护壁套筒内，所述植标器包括标匣、微型多级伸缩液压油缸、以及微型液压动力单元，所述标匣包括标匣壳以及螺旋弹簧，所述沉降标横向设置且依次叠置于所述标匣壳内，所述标匣壳内最下方的沉降标所在的空间为发射仓，所述螺旋弹簧设置于所述标匣壳内并且位于最上方的沉降标与标匣壳的顶板之间，所述螺旋弹簧能够将沉降标往发射仓逐个推送，所述标匣壳的两侧对应发射仓位置分别开设沉降标发射口以及沉降标驱动口，所述微型液压动力单元通过两个油路与微型多级伸缩液压油缸连接为其提供动力，所述微型多级伸缩液压油缸经沉降标驱动口驱动位于发射仓内的沉降标依次经所述沉降标发射口以及护壁套筒的植标预留孔进入地层；

步骤三：通过所述微型多级伸缩液压油缸的多级大行程伸缩顶杆的伸展运动将位于所述发射仓内的沉降标经护壁套筒上对应的植标预留孔径向植入地层内，植入地层的所述沉降标与所述护壁套筒需确保一定间距，植标完成后所述微型多级伸缩液压油缸收回伸缩顶杆，同时在所述螺旋弹簧驱动作用下标匣内下一个沉降标弹射进入发射仓；

步骤四：通过植标控制箱驱动牵引线逐步提升植标器，使得植标器发射仓中的沉降标发射口抵达护壁套筒中的下一植标预留孔位置，重复步骤三进行相应沉降标的植入，直至完成所有沉降标的植标作业。

5.如权利要求4所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，其特征在于，所述植标预留孔采用橡胶片进行封孔。

6.如权利要求4所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，其特征在于，步骤四之后还包括如下步骤：

步骤五，将测管放入护壁套筒内，同时对测管与护壁套筒之间的间隙进行填充，随后将护壁套筒提拔出地表面，进一步保证填充密实度，最后，在测管的顶部设置孔口保护盖；

步骤六，移除测管的顶部的孔口保护盖，将监测控制模块安装于所述测管的上端，并通过测管接头套使得注液调平装置与测管连通，通过注液调平装置向所述测管内注液，并根据基准点设置所述注液调平装置内液体的液面高度，所述基准点为设置在工程影响范围以外的地层位移不动点；

步骤七：通过监测控制模块中的探头收放装置控制探头在测管中逐步下沉，随着探头的下降，数据采集及处理模块采集到探测信号强度波形以及探头水准坐标，得出各沉降标的初始高程H₀，完成整个测量作业周期的初始值标定；

步骤八，随着工程进行，所植入的沉降标跟随周边地层发生协同位移，在一定间隔时间内采用步骤七中方法进行逐步跟踪监测，获取各沉降标的各阶段的竖向高程H_n；

步骤九，数据采集及处理模块对每一次监测结果进行汇总并图形输出，将信号强度波形曲线与探头水准坐标曲线同步并行绘制，其中信号强度波形曲线上的波峰位置对应的探头水准坐标曲线上的坐标值是沉降标目前的实际水准坐标值，将本次测得的各点水准坐标减去初始标定值获得各沉降标的竖向位移值δ_n，δ_n＝H_n-H₀，从而实现地层深层分层沉降监测的目的。

7.如权利要求6所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，其特征在于，步骤九之后还包括如下步骤：

步骤十，每一次测量完毕，撤除监测控制模块以及数据采集及处理模块，并恢复安装孔口保护盖。

8.如权利要求4所述的软土地层钻孔内沉降信号标径向植入装置的应用方法，其特征在于，所述植标预留孔预先采用橡胶片进行封孔，以免地下水土流入管内导致堵塞。

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