CN111879856B - 高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法，包括如下步骤：（1）布设声测孔；（2）在声测孔内置入有支撑管并注满黄油；（3）往充满黄油的声测孔中插入支撑管，支撑管内部以及支撑管和孔壁围岩间隙均充满黄油，支撑管外径小于声测孔的直径，支撑管的内径大于测试探头外径；（4）调试声波测试仪器，通过测试导线连接声波测试探头；将测试探头伸入支撑管内，采集声波波速值。本发明利用黄油粘稠度大、流动性差的特点，可以很好的适应破碎的岩体条件，不会发生渗漏，保证测孔内良好的声耦合环境；向充满黄油的测孔内插入支撑管可以避免测试过程中孔壁坍塌造成的测试仪器受损或掩埋风险，保证测试过程的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程建设领域和超声波测试领域，更为具体涉及一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法。
背景技术
隧道围岩松动圈的大小是锚杆支护参数设计的重要依据。常用的围岩松动圈测试方法包括地质雷达探测法、多点位移计量测法以及声波法等等。其中，声波法相较于其他方测试方法具有精度高、成本低、操作简单便利的优点，因而受到更的应用更为广泛。
声测孔内具有良好的声耦合环境是声波法测试获得理想结果的基本前提。传统方法通过向声测孔内注入水或者填充水带，实现声波测试探头与孔壁围岩之间的耦合。然而在高应力软岩隧道中，声测孔存在较高的坍塌风险。为了研究随着掌子面推进或者时间的延长，隧道围岩松动圈的演化规律，需要长时间多次测试，但传统方法在这过程中很容易塌孔，导致测试无法进行。孔壁坍塌和变形会极大影响声波测试的精度，声波法测试在高应力软岩隧道中的开展遇到较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能维持声测孔稳定，又能保证声波测试探头和孔壁围岩之间良好耦合的高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法。
本发明的具体实施方案是：一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法，包括如下步骤：
（1）采用钻机在拟测试位置布设不少于1个的声测孔；声测孔深度满足测试要求；
（2）在声测孔内置入有支撑管并注满黄油，为后续声波测试提供良好的声耦合环境；形成黄油支撑管黄油三层介质共同组成的声耦合系统；
（3）往充满黄油的声测孔中插入声波测试探头，支撑管内部以及支撑管和孔壁围岩间隙均充满黄油，支撑管外径小于声测孔的直径，支撑管的内径大于测试探头外径；
（4）调试声波测试仪器，调整声波测试探头位置，采集不同深度的声波波速值。
随着掌子面推进或者时间的延长，不断重复步骤（4），从而测得隧道围岩松动圈的演化规律。
进一步的，步骤（2）中先向声测孔内注满黄油，黄油采用气动式高压注油机注入；所述气动式高压注油机配备有软管，软管的长度大于声测孔深度，之后往充满黄油的声测孔中插入支撑管，所述支撑管采用非金属材质空心圆管。
进一步的，所述支撑管伸入声测孔的端部固定有滑轮机构，支撑管外周具有绳索，所述绳索一端绕过滑轮伸出声测孔外部作为施力端，绳索位于声测孔内与测试探头连接，当施力端拉动绳索时能够将测试探头拉入声测孔内，以及定位在声测孔内不同深度位置。
进一步的，步骤（2）中先往声测孔中插入支撑管；所述支撑管，采用非金属材质空心圆管，其管壁上钻有圆孔，之后由封闭支撑管外端后向其内部注黄油，支撑管内的黄油将透过支撑管管壁上的圆孔填充管壁与声测孔孔壁围岩之间的间隙，黄油采用气动式高压注油机注入，最终支撑管内部以及支撑管和孔壁围岩间隙均充满黄油。
进一步的，所述支撑管为硬质PVC管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在声测孔内采用黄油填充，其黄油具有粘稠度大、流动性差的特点，采用黄油代替水作为提供声耦合环境的介质，可以很好的适应破碎的岩体条件，不会发生渗漏，保证测孔内良好的声耦合环境；向充满黄油的测孔内插入支撑管可以避免测试过程中孔壁坍塌造成的测试仪器受损或掩埋风险，之后在声测孔内置入测试探头通过测试器进行采集能够保证测试过程的连续性。
附图说明
图1为本发明方案一实例的黄油注入过程示意图；
图2为本发明方案一实例的声波测试过程示意图；
图3为本发明方案一优选实例的声波测试过程示意图；
图4为本发明方案二实例的黄油注入过程示意图；
图5为本发明方案二实例的声波测试过程示意图；
其中：1、孔壁围岩；2、声测孔；3、黄油；4、软管；5、气动式高压注油机；61、支撑管；62、支撑管（管壁有圆孔）；7、测试探头；8、测试仪器；9、测试导线；10、水；11、滑轮机构；12、绳索。
具体实施方式
如图1～5所示，下图结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
正如背景技术所介绍的，在高应力软岩隧道中，由于测孔存在较高的坍塌风险，声波法测试的开展遇到较大困难。为解决该问题，本发明提供一种既能维持声测孔稳定，又能保证声波测试探头和孔壁围岩之间良好耦合的高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法。
实施例一：如图1、2、3所示，一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法方案一，包括，包括如下步骤：
（1）采用钻机在拟测试位置布设不少于1个的声测孔2；声测孔2深度满足测试要求，孔壁围岩1内形成测试区域；
（2）在声测孔2内注满黄油3，为后续声波测试提供良好的声耦合环境；黄油3采用气动式高压注油机5注入；所述气动式高压注油机5配备有软管4，软管4的长度大于声测孔2深度。
（3）连接声波测试探头7与调试声波测试仪器8经导线连接，往充满黄油3的声测孔2中插入支撑管61，支撑管61内部以及支撑管61和孔壁围岩1间隙均充满黄油3；所述支撑管61，采用非金属材质空心圆管，其外径略小于声测孔2的直径，支撑管的内径大于测试探头7外径；形成黄油3-支撑管61-黄油3三层介质共同组成的声耦合系统；
（4）调试声波测试仪器8，调整声波测试探头位置，测试探头7伸入支撑管61内，采集声波波速值。
随着掌子面推进或者时间的延长，不断重复步骤（4），从而测得隧道围岩松动圈的演化规律。
本实施例中，所述支撑管61的一种技术方案为采用硬质PVC管。
进一步，本发明优选的技术方案，支撑管61内端头的管内侧固定有滑轮机构11，并配置相应绳索12，绳索12的一端绕过滑轮机构11的滑轮为施力端，另一端与测试探头7相连，用于将测试探头7拉入孔内，以及定位在不同深度位置。
本发明方案二的一种典型实施方式，如图4、5所示，一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法方案二，包括1、孔壁围岩；2、声测孔；3、黄油；4、软管；5、气动式高压注油机； 62、支撑管（管壁有圆孔）；7、测试探头；8、测试仪器；9、测试导线。
实施例二：一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法方案二，包括如下步骤：
（1）采用钻机在拟测试位置布设不少于1个的声测孔2；声测孔2深度满足测试要求；
（2）往声测孔2中插入支撑管62；所述支撑管62，采用非金属材质空心圆管，其管壁上钻有圆孔，支撑管62外径略小于声测孔2的直径，支撑管62的内径大于测试探头7外径；
（3）封闭支撑管62外端后向其内部注黄油3，支撑管内的黄油3还将透过支撑管62管壁上的圆孔填充管壁与声测孔孔壁围岩1之间的间隙，为后续声波测试提供良好的声耦合环境；黄油3采用气动式高压注油机5注入，最终支撑管62内部以及支撑管62和孔壁围岩1间隙均充满黄油3；形成黄油3-支撑管62-黄油3三层介质共同组成的声耦合系统；
（4）调试声波测试仪器，连接声波测试探头7；测试探头7伸入支撑管62内，采集声波波速值。随着掌子面推进或者时间的延长，不断重复步骤（4），从而测得隧道围岩松动圈的演化规律。所述支撑管62的一种技术方案为采用硬质PVC管。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (2)
1.一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用钻机在拟测试位置布设不少于1个的声测孔；声测孔深度满足测试要求；
（2）在声测孔内置入有支撑管并注满黄油，为后续声波测试提供良好的声耦合环境；形成黄油支撑管黄油三层介质共同组成的声耦合系统；
（3）往充满黄油的声测孔中插入声波测试探头，支撑管内部以及支撑管和孔壁围岩间隙均充满黄油，支撑管外径小于声测孔的直径，支撑管的内径大于测试探头外径；
（4）调试声波测试仪器，调整声波测试探头位置，采集不同深度的声波波速值；
随着掌子面推进或者时间的延长，不断重复步骤（4），从而测得隧道围岩松动圈的演化规律；
步骤（2）中先向声测孔内注满黄油,黄油采用气动式高压注油机注入；所述气动式高压注油机配备有软管，软管的长度大于声测孔深度，之后往充满黄油的声测孔中插入支撑管，所述支撑管采用非金属材质空心圆管；
所述支撑管伸入声测孔的端部固定有滑轮机构，支撑管外周具有绳索，所述绳索一端绕过滑轮伸出声测孔外部作为施力端，绳索位于声测孔内与测试探头连接，当施力端拉动绳索时能够将测试探头拉入声测孔内，以及定位在声测孔内不同深度位置；
步骤（2）中先往声测孔中插入支撑管；所述支撑管，采用非金属材质空心圆管，其管壁上钻有圆孔，之后由封闭支撑管外端后向其内部注黄油，支撑管内的黄油将透过支撑管管壁上的圆孔填充管壁与声测孔孔壁围岩之间的间隙，黄油采用气动式高压注油机注入，最终支撑管内部以及支撑管和孔壁围岩间隙均充满黄油。
2.根据权利要求1所述的一种高应力软岩隧道松动圈超声波测试声耦合方法，其特征在于，所述支撑管为硬质PVC管。
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