CN113217030B - 一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法 - Google Patents

一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法 Download PDF

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Abstract

一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，包括以下步骤：(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，确定泥质板岩隧道的待加固区域；(2)钻打注浆孔，收集泥质板岩隧道的初始信息；(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，向所述注浆孔实施注浆以加固；(4)生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；(5)计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，对注浆固结效果进行最终评价。本发明能够准确、高效地监测注浆效果，确保泥质板岩隧道施工的安全。

Description

一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法
技术领域
本发明涉及隧道工程的注浆加固技术控制领域，具体地，涉及一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法。
背景技术
泥质板岩属于远古界浅变质岩，受局部地质作用影响，呈灰色和黑色，手摸易留下污塘，板状构造，大多是薄到中厚层板，其主要矿物成分有石英，绢云母泥石和碳质材料，硬而脆的变游泥结构。其对工程建设的影响比较大，工程性质比较差，埋深较大时容易产生较大的变形。根据一些探测资料和化学报告显示，局部的碳化泥质板岩具有膨胀性并具氯盐侵烛性，碳化泥质板岩岩质较软，易剥落掉块，工程物理力学性质相对较差，在地应力较高和地下水丰富的地段极易产生变形。
在这种地质环境中进行隧道施工，发现隧道内部变化问题突出，岩层结构面横向发展，而且层面间结合较差，在富水条件下，极易发生塌方事故，给施工安全带来很大的隐患。板岩的主要力学特性有：各项异性、流变性、膨胀性、扩容性、塑性等，在富水环境下，岩石呈类似泥石流状态从开挖面涌出，都对隧道围岩的稳定有着重要的影响。其中软岩的扩容性和塑性明显时会使围岩周边形成松散破碎区或挤压变形区。层状板岩的各向异性会使隧道的变形失稳以及对应的失稳形态有很强的非对称性。
所以，泥质板岩隧道施工注浆加固技术成为保证隧道安全的重点研究对象。隧道开挖过程中，常常在盾构机通过后对其壁后采用注浆加固隧道壁，但是在实际施工中发现：由于壁后岩石结构状态与开缝不同，或者由于隧道开挖壁存在其他方向的缝隙或管道，将会流失大量的灌浆液，常常出现加注了大量的浆液，还是无法注满后壁的情况，导致灌浆成本的大幅上升。
因此，如何能够对泥质板岩隧道施工注浆加固效果进行监测，从而实现及时控制浆液灌注，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注，最终保证泥质板岩隧道施工注浆的加固效果，成为了本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法。本发明能够准确、高效地监测注浆效果，确保泥质板岩隧道施工的安全。
为实现上述目的，本发明提供了一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，包括以下步骤：
(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，获取当前施工区域的松动圈值，并确定泥质板岩隧道的待加固区域；松动圈测试采用多点位移计和超声波技术相结合的方法进行；
(2)针对泥质板岩隧道的待加固区域钻打注浆孔，对获取的注浆孔取岩芯，得到泥质板岩岩体波速；对待加固区域进行三维激光扫描以获取真实三维地质模型及空间边界点云坐标信息，从而收集泥质板岩隧道的初始信息；
(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，同时将监测装置分别与多个注浆追踪装置利用自由口协议通过光纤进行网络通信，形成监测装置与注浆追踪装置之间的数据传输；然后向所述注浆孔实施注浆以对待加固区域做充填处理；
(4)各注浆追踪装置的位置信息通过数据传输输送至所述监测装置，监测装置根据定位算法测算出各注浆追踪装置的位置信息的坐标数据；经过数据处理，根据上述坐标数据绘制各注浆追踪装置在注浆过程中的流动路径直至浆液达到初凝，使用曲线拟合的方式对流动路径进行修正，基于修正后的流动路径生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；
(5)注浆完成后，利用超声波驱动电源和超声波探头测定注浆加固区域内不同位置的泥质板岩岩体波速，计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；
(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆加固区域的松动圈值；测试完成后，使用注浆材料将测试钻孔及时封堵；根据注浆后的松动圈值的范围，对注浆固结效果进行最终评价。
优选的，在所述步骤(1)中，所述松动圈值确定为多点位移计测得的松动圈值与超声波测得的松动圈值之和的平均值。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(2)中，注浆孔的钻打深度为步骤(1)中的所述松动圈值乘以修正系数，所述修正系数为1.4，即注浆孔的钻打深度＝1.4*(多点位移计测得的松动圈值+超声波测得的松动圈值)/2，该修正系数是经过多次试验反复测算而得。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(3)中，采用压力注浆设备实施注浆，并且在压力注浆设备的出浆口和进浆口分别设置压力计和流量计，所述压力计和流量计均与控制装置连接，用于收集注浆参数并控制和调整注浆情况。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(4)中，所述注浆追踪装置包括信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，三轴陀螺仪与微控装置电连接，微控装置与信号发送器电连接；所述监测装置包括处理器及信号接收器，处理器与信号接收器电连接。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(5)中，动弹性模量(MPa)的计算公式为：
Ed＝ρVs 2(3Vp 2-4Vs 2)/(Vp 2-Vs 2)，
动泊松比的计算公式为：
μd＝[0.5(Vp/Vs)2-1]/[(Vp/Vs)2-1]，
其中Vp为泥质板岩纵波速度(m/s)，Vs为泥质板岩横波速度(m/s)，ρ为泥质板岩密度(g/cm3)；
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(5)中，当注浆后泥质板岩的动弹性模量增加量大于50％且动泊松比为0.24-0.25时，注浆效果合格，不需补浆；当动弹性模量增加量和动泊松比中任一参数未满足上述要求时，注浆效果不合格，需要补浆。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(6)中，注浆后的松动圈值在15-30cm时，注浆效果合格，不需补浆，进行下一个作业循环；注浆后的松动圈值大于30cm时，注浆效果不合格，需要补浆。
本发明的有益效果为：
1.本发明能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注；从而实现准确、高效地监测注浆效果，确保泥质板岩隧道施工的安全。
2.本发明使用的粗集料形态的注浆追踪装置高度集成了信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，功能集中，功耗较低，满足注浆过程中定位任务的续航要求；且注浆追踪装置体积较小，与粗集料粒径相当，其注入浆液中不影响注浆效果，从而拟合出更加真实的浆液扩散网络；本发明能够获得更加详备完善的浆液流动路径的发育特征，简化了人工操作，更加便捷智能，最终形成完整的浆液加固构造空间的展布特征。
3.本发明能够保证原始监测数据的完整性以及数据的真实性与客观性；极大地节省了人力成本，提高了工作效率。可以克服泥质板岩隧道施工注浆效果无法准确评价的不足,实时监测注浆加固的效果，并且可以及时地对注浆加固的效果进行评价，从而提高隧道修建的安全度，减少不必要的人员损失，措施合理且安全可控。
4.本发明能够对泥质板岩隧道的浆液扩散及岩层加固情况进行的定性分析，同时通过注浆加固效果的监测定量分析不同深度围岩整体的加固程度；本发明依据的数据全面可靠，有利于对注浆加固效果的定量评估，监测结果更精确、稳定性更优，大大提高了工作效率，节约了大量成本；本发明高了监测结果的系统性和科学性，为泥质板岩的隧道进行注浆加固施工时对于注浆效果的评估提供了依据。
具体实施方式
下面将结合本申请的具体实施方式对本申请的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，包括以下步骤：
(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，获取当前施工区域的松动圈值，并确定泥质板岩隧道的待加固区域；松动圈测试采用多点位移计和超声波技术相结合的方法进行；
(2)针对泥质板岩隧道的待加固区域钻打注浆孔，对获取的注浆孔取岩芯，得到泥质板岩岩体波速；对待加固区域进行三维激光扫描以获取真实三维地质模型及空间边界点云坐标信息，从而收集泥质板岩隧道的初始信息；
(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，同时将监测装置分别与多个注浆追踪装置利用自由口协议通过光纤进行网络通信，形成监测装置与注浆追踪装置之间的数据传输；然后向所述注浆孔实施注浆以对待加固区域做充填处理；
(4)各注浆追踪装置的位置信息通过数据传输输送至所述监测装置，监测装置根据定位算法测算出各注浆追踪装置的位置信息的坐标数据；经过数据处理，根据上述坐标数据绘制各注浆追踪装置在注浆过程中的流动路径直至浆液达到初凝，使用曲线拟合的方式对流动路径进行修正，基于修正后的流动路径生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；
(5)注浆完成后，利用超声波驱动电源和超声波探头测定注浆加固区域内不同位置的泥质板岩岩体波速，计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；
(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆加固区域的松动圈值；测试完成后，使用注浆材料将测试钻孔及时封堵；根据注浆后的松动圈值的范围，对注浆固结效果进行最终评价。
在所述步骤(1)中，所述松动圈值确定为多点位移计测得的松动圈值与超声波测得的松动圈值之和的平均值。
在所述步骤(2)中，注浆孔的钻打深度为步骤(1)中的所述松动圈值乘以修正系数，所述修正系数为1.4，即注浆孔的钻打深度＝1.4*(多点位移计测得的松动圈值+超声波测得的松动圈值)/2，该修正系数是经过多次试验反复测算而得。
在所述步骤(3)中，采用压力注浆设备实施注浆，并且在压力注浆设备的出浆口和进浆口分别设置压力计和流量计，所述压力计和流量计均与控制装置连接，用于收集注浆参数并控制和调整注浆情况。
在所述步骤(4)中，所述注浆追踪装置包括信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，三轴陀螺仪与微控装置电连接，微控装置与信号发送器电连接；所述监测装置包括处理器及信号接收器，处理器与信号接收器电连接。
在所述步骤(5)中，动弹性模量(MPa)的计算公式为：
Ed＝ρVs 2(3Vp 2-4Vs 2)/(Vp 2-Vs 2)，
动泊松比的计算公式为：
μd＝[0.5(Vp/Vs)2-1]/[(Vp/Vs)2-1]，
其中Vp为泥质板岩纵波速度(m/s)，Vs为泥质板岩横波速度(m/s)，ρ为泥质板岩密度(g/cm3)；
在所述步骤(5)中，当注浆后泥质板岩的动弹性模量增加量大于50％且动泊松比为0.24-0.25时，注浆效果合格，不需补浆；当动弹性模量增加量和动泊松比中任一参数未满足上述要求时，注浆效果不合格，需要补浆。
在所述步骤(6)中，注浆后的松动圈值在15-30cm时，注浆效果合格，不需补浆，进行下一个作业循环；注浆后的松动圈值大于30cm时，注浆效果不合格，需要补浆。
实施例2
一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，包括以下步骤：
(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，获取当前施工区域的松动圈值，并确定泥质板岩隧道的待加固区域；松动圈测试采用多点位移计和超声波技术相结合的方法进行；
(2)针对泥质板岩隧道的待加固区域钻打注浆孔，对获取的注浆孔取岩芯，得到泥质板岩岩体波速；对待加固区域进行三维激光扫描以获取真实三维地质模型及空间边界点云坐标信息，从而收集泥质板岩隧道的初始信息；
(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，同时将监测装置分别与多个注浆追踪装置利用自由口协议通过光纤进行网络通信，形成监测装置与注浆追踪装置之间的数据传输；然后向所述注浆孔实施注浆以对待加固区域做充填处理；
(4)各注浆追踪装置的位置信息通过数据传输输送至所述监测装置，监测装置根据定位算法测算出各注浆追踪装置的位置信息的坐标数据；经过数据处理，根据上述坐标数据绘制各注浆追踪装置在注浆过程中的流动路径直至浆液达到初凝，使用曲线拟合的方式对流动路径进行修正，基于修正后的流动路径生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；
(5)注浆完成后，利用超声波驱动电源和超声波探头测定注浆加固区域内不同位置的泥质板岩岩体波速，计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；
(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆加固区域的松动圈值；测试完成后，使用注浆材料将测试钻孔及时封堵；根据注浆后的松动圈值的范围，对注浆固结效果进行最终评价。
在所述步骤(1)中，所述松动圈值确定为多点位移计测得的松动圈值与超声波测得的松动圈值之和的平均值。
在所述步骤(2)中，注浆孔的钻打深度为步骤(1)中的所述松动圈值乘以修正系数，所述修正系数为1.4，即注浆孔的钻打深度＝1.4*(多点位移计测得的松动圈值+超声波测得的松动圈值)/2，该修正系数是经过多次试验反复测算而得。
在所述步骤(3)中，采用压力注浆设备实施注浆，并且在压力注浆设备的出浆口和进浆口分别设置压力计和流量计，所述压力计和流量计均与控制装置连接，用于收集注浆参数并控制和调整注浆情况。
在所述步骤(4)中，所述注浆追踪装置包括信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，三轴陀螺仪与微控装置电连接，微控装置与信号发送器电连接；所述监测装置包括处理器及信号接收器，处理器与信号接收器电连接。
在所述步骤(5)中，动弹性模量(MPa)的计算公式为：
Ed＝ρVs 2(3Vp 2-4Vs 2)/(Vp 2-Vs 2)，
动泊松比的计算公式为：
μd＝[0.5(Vp/Vs)2-1]/[(Vp/Vs)2-1]，
其中Vp为泥质板岩纵波速度(m/s)，Vs为泥质板岩横波速度(m/s)，ρ为泥质板岩密度(g/cm3)；
在所述步骤(5)中，当注浆后泥质板岩的动弹性模量增加量大于50％且动泊松比为0.24-0.25时，注浆效果合格，不需补浆；当动弹性模量增加量和动泊松比中任一参数未满足上述要求时，注浆效果不合格，需要补浆。
在所述步骤(6)中，注浆后的松动圈值在15-30cm时，注浆效果合格，不需补浆，进行下一个作业循环；注浆后的松动圈值大于30cm时，注浆效果不合格，需要补浆。
为了进一步提高本发明的技术效果，该实施例中，在所述步骤(2)中，收集泥质板岩隧道的初始信息包括计算注浆加固前的泥质板岩隧道的动弹性模量。
此外，在所述步骤(1)中，采用多点位移计的方法进行松动圈测试时，每个多点位移计在泥质板岩隧道内距隧道表面不同距离处布置3个测点，在隧道横截面的两侧面分别均匀间隔设置2个多点位移计，在隧道横截面的顶面中部设置1个多点位移计，这样的设置方式既能较为全面的采集隧道横截面的松动圈值，又不会对隧道造成过多破坏，因此为最佳方式。根据多点位移计测得的不同测点随时间变化的位移，通过分析测点位移速度衰减快慢来判断该测点是否在松动圈内并进一步推断松动圈范围不仅简单方便，而且数据完整、可靠，措施合理且安全可控。
采用超声波的方法进行松动圈测试时，采用单孔法，在新开挖的泥质板岩隧道的横截面的两侧面和顶面分别开挖钻孔，在两侧面分别均匀间隔设置开挖2个钻孔，在隧道横截面的顶面中部开挖1个钻孔，这样的设置方式既能较为全面的采集隧道横截面的松动圈值，又不会对隧道造成过多破坏，因此为最佳方式。利用风管将钻孔内的岩屑、碎渣吹干净，然后检查超声波的相关仪器、有源传感器是否能正常工作。之后将有源传感器放入孔底，记下孔深，向胶囊充气封孔堵水，再向孔内灌满清水。试测时观察波形变化，待波形稳定后再进行实测，接下来按测试程序要求逐次将探头向外拨出设定长度，直到完成一个测试孔的测试，边操作边采集数据。采用超声波的方法进行松动圈测试，能够较好地得出泥质板岩隧道的松动范围及变形变化规律，具有重要的工程实用价值。
在所述步骤(2)中，注浆孔按浆液扩散半径2.5-3m布设，注浆孔按梅花形布置，孔口环向间距200cm，孔底环向间距280cm，纵向间距300cm。注浆孔用风机钻开孔，孔径为60-80cm，孔口采用直径68-78mm，壁厚4mm的热轧无缝钢管，孔口埋设牢固，并有良好的止浆措施；注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。
在所述步骤(3)中，实施注浆在初支护喷射混凝土强度达到100％后进行，注浆顺序从上到下，由水少处到水多处，隔孔跳排灌注。注浆时，注浆压力控制在1.8-2MPa，注浆过程中初始压力较低，注入量大。注浆中要根据设计注浆量和压力进行控制。运用全孔一次性进行注浆方法，为有效避免浆液出现流失现象，在实际注浆中实施隔孔注浆，并对孔底部注浆，然后在逐渐往上提，进行注浆。每次注浆需要提升0.6-0.8m，全段面注浆结束的条件是全部的注浆孔都要达到单孔注浆结束条件。
采用此种方式注浆，浆液从泥质板岩隧道的弱部位挤入，导致浆液流动路径周围的岩体受到压实，对隧道强度进行积极的改善，降低渗透系数，进一步起到加固效果，使泥质板岩遇水软化、失稳的岩性得到有效控制。
实施例3
一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，包括以下步骤：
(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，获取当前施工区域的松动圈值，并确定泥质板岩隧道的待加固区域；松动圈测试采用多点位移计和超声波技术相结合的方法进行；
(2)针对泥质板岩隧道的待加固区域钻打注浆孔，对获取的注浆孔取岩芯，得到泥质板岩岩体波速；对待加固区域进行三维激光扫描以获取真实三维地质模型及空间边界点云坐标信息，从而收集泥质板岩隧道的初始信息；
(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，同时将监测装置分别与多个注浆追踪装置利用自由口协议通过光纤进行网络通信，形成监测装置与注浆追踪装置之间的数据传输；然后向所述注浆孔实施注浆以对待加固区域做充填处理；
(4)各注浆追踪装置的位置信息通过数据传输输送至所述监测装置，监测装置根据定位算法测算出各注浆追踪装置的位置信息的坐标数据；经过数据处理，根据上述坐标数据绘制各注浆追踪装置在注浆过程中的流动路径直至浆液达到初凝，使用曲线拟合的方式对流动路径进行修正，基于修正后的流动路径生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；
(5)注浆完成后，利用超声波驱动电源和超声波探头测定注浆加固区域内不同位置的泥质板岩岩体波速，计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；
(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆加固区域的松动圈值；测试完成后，使用注浆材料将测试钻孔及时封堵；根据注浆后的松动圈值的范围，对注浆固结效果进行最终评价。
在所述步骤(1)中，所述松动圈值确定为多点位移计测得的松动圈值与超声波测得的松动圈值之和的平均值。
在所述步骤(2)中，注浆孔的钻打深度为步骤(1)中的所述松动圈值乘以修正系数，所述修正系数为1.4，即注浆孔的钻打深度＝1.4*(多点位移计测得的松动圈值+超声波测得的松动圈值)/2，该修正系数是经过多次试验反复测算而得。
在所述步骤(3)中，采用压力注浆设备实施注浆，并且在压力注浆设备的出浆口和进浆口分别设置压力计和流量计，所述压力计和流量计均与控制装置连接，用于收集注浆参数并控制和调整注浆情况。
在所述步骤(4)中，所述注浆追踪装置包括信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，三轴陀螺仪与微控装置电连接，微控装置与信号发送器电连接；所述监测装置包括处理器及信号接收器，处理器与信号接收器电连接。
在所述步骤(5)中，动弹性模量(MPa)的计算公式为：
Ed＝ρVs 2(3Vp 2-4Vs 2)/(Vp 2-Vs 2)，
动泊松比的计算公式为：
μd＝[0.5(Vp/Vs)2-1]/[(Vp/Vs)2-1]，
其中Vp为泥质板岩纵波速度(m/s)，Vs为泥质板岩横波速度(m/s)，ρ为泥质板岩密度(g/cm3)；
在所述步骤(5)中，当注浆后泥质板岩的动弹性模量增加量大于50％且动泊松比为0.24-0.25时，注浆效果合格，不需补浆；当动弹性模量增加量和动泊松比中任一参数未满足上述要求时，注浆效果不合格，需要补浆。
在所述步骤(6)中，注浆后的松动圈值在15-30cm时，注浆效果合格，不需补浆，进行下一个作业循环；注浆后的松动圈值大于30cm时，注浆效果不合格，需要补浆。
为了进一步提高本发明的技术效果，该实施例中，所述注浆追踪装置具有橄榄状的外壳，其平均半径尺寸为10-15mm，成粗集料形态，所述信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置容纳在所述外壳内，使得这些内部装置能由橄榄状外壳的运动拖拽相随，而不发生缠绕现象，影响无线信号，并且采用橄榄状方便注浆追踪装置在浆液中随浆液流动而减少翻滚。
在所述步骤(2)中，钻孔取取岩芯时，岩芯长度控制在18-20cm，直径控制在10-15cm。保留钻孔取芯岩样用于电子计算机断层扫描反演泥质板岩岩体波速，进而推算得到密度参数。
当钻打注浆孔遇到含水层时，对含水层先进行注浆，封堵含水层裂隙，封闭含水层孔段；封闭完好后，重新对注浆孔进行施工，继续向注浆孔深部施工，直至施工到注浆孔设计深度位置。实时监测工作根据监测情况做出合理的注浆安排，能够提高注浆效果。
压力注浆设备还包括注浆锚杆和浆液控制装置；注浆锚杆内部为供浆液流动的中空结构，注浆锚杆设有注浆段、连接段以及入浆段；注浆锚杆的注浆段1均匀布设有若干个注浆孔，注浆孔与中空结构相连通。
所述浆液控制装置设有连接孔，通过所述连接孔与所述连接段连接，使浆液控制装置套在注浆锚杆上。浆液控制装置能够将注浆锚杆固定在注浆孔上，并且能连接实现拆卸及调整高度。
所述橄榄状的外壳包括以下成分：氰乙烯、乙烯基苯和丙烯酸酯组成的三元接枝共聚物、聚苯基硫醚、聚苯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚酰亚胺、苛性镁石和抗氧剂164；重量份分别为100、40-50、60-70、4-5、25-30、4-5、3-4，所述聚苯基硫醚的熔融指数为10-15g/10min，所述聚苯乙烯丁二烯共聚物的熔融指数为15-20g/min。
所述橄榄状的外壳在制备时：称取所述重量份的上述成分，搅拌均匀之后，经模压法一次成型制备得到所述橄榄状的外壳，其中所述天线罩的厚度为2-5mm。模压温度为150-200℃，模压压力为80-100kg/cm2，模压时间为2-4h。
由此，所述橄榄状外壳的机械性能、介电性能、阻燃性、耐候性、耐热性、耐冲击强度能等满足了各项使用要求，确保了高透波率，提高了信号传输的范围和稳定性，并且加工程序简化、成本低廉。
此外，为了保证本发明的技术效果，可将上述实施例的技术方案进行合理组合。
由上述实施例可知，本发明能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注；从而实现准确、高效地监测注浆效果，确保泥质板岩隧道施工的安全。
本发明使用的粗集料形态的注浆追踪装置高度集成了信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，功能集中，功耗较低，满足注浆过程中定位任务的续航要求；且注浆追踪装置体积较小，与粗集料粒径相当，其注入浆液中不影响注浆效果，从而拟合出更加真实的浆液扩散网络；本发明能够获得更加详备完善的浆液流动路径的发育特征，简化了人工操作，更加便捷智能，最终形成完整的浆液加固构造空间的展布特征。
本发明能够保证原始监测数据的完整性以及数据的真实性与客观性；极大地节省了人力成本，提高了工作效率。可以克服泥质板岩隧道施工注浆效果无法准确评价的不足,实时监测注浆加固的效果，并且可以及时地对注浆加固的效果进行评价，从而提高隧道修建的安全度，减少不必要的人员损失，措施合理且安全可控。
本发明能够对泥质板岩隧道的浆液扩散及岩层加固情况进行的定性分析，同时通过注浆加固效果的监测定量分析不同深度围岩整体的加固程度；本发明依据的数据全面可靠，有利于对注浆加固效果的定量评估，监测结果更精确、稳定性更优，大大提高了工作效率，节约了大量成本；本发明高了监测结果的系统性和科学性，为泥质板岩的隧道进行注浆加固施工时对于注浆效果的评估提供了依据。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对泥质板岩隧道的当前施工区域采取松动圈测试，获取当前施工区域的松动圈值，并确定泥质板岩隧道的待加固区域；松动圈测试采用多点位移计和超声波技术相结合的方法进行；
(2)针对泥质板岩隧道的待加固区域钻打注浆孔，对获取的注浆孔取岩芯，得到泥质板岩岩体波速；对待加固区域进行三维激光扫描以获取真实三维地质模型及空间边界点云坐标信息，从而收集泥质板岩隧道的初始信息；注浆孔的钻打深度为步骤(1)中的所述松动圈值乘以修正系数，所述修正系数为1.4，即注浆孔的钻打深度＝1.4*(多点位移计测得的松动圈值+超声波测得的松动圈值)/2，该修正系数是经过多次试验反复测算而得；
(3)在注浆液中加入多个粗集料形态的注浆追踪装置，同时将监测装置分别与多个注浆追踪装置利用自由口协议通过光纤进行网络通信，形成监测装置与注浆追踪装置之间的数据传输；然后向所述注浆孔实施注浆以对待加固区域做充填处理；采用压力注浆设备实施注浆，并且在压力注浆设备的出浆口和进浆口分别设置压力计和流量计，所述压力计和流量计均与控制装置连接，用于收集注浆参数并控制和调整注浆情况；
(4)各注浆追踪装置的位置信息通过数据传输输送至所述监测装置，监测装置根据定位算法测算出各注浆追踪装置的位置信息的坐标数据；经过数据处理，根据上述坐标数据绘制各注浆追踪装置在注浆过程中的流动路径直至浆液达到初凝，使用曲线拟合的方式对流动路径进行修正，基于修正后的流动路径生成注浆过程中的完整浆液扩散网络；所述注浆追踪装置包括信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置，三轴陀螺仪与微控装置电连接，微控装置与信号发送器电连接；所述监测装置包括处理器及信号接收器，处理器与信号接收器电连接；所述注浆追踪装置具有橄榄状的外壳，其平均半径尺寸为10-15mm，成粗集料形态，所述信号发送器、三轴陀螺仪及微控装置容纳在所述外壳内；所述橄榄状的外壳包括以下成分：氰乙烯、乙烯基苯和丙烯酸酯组成的三元接枝共聚物、聚苯基硫醚、聚苯乙烯丁二烯共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、聚酰亚胺、苛性镁石和抗氧剂164；重量份分别为100、40-50、60-70、4-5、25-30、4-5、3-4，所述聚苯基硫醚的熔融指数为10-15g/10min，所述聚苯乙烯丁二烯共聚物的熔融指数为15-20g/min；所述橄榄状的外壳在制备时：称取所述重量份的上述成分，搅拌均匀之后，经模压法一次成型制备得到所述橄榄状的外壳，其中模压温度为150-200℃，模压压力为80-100kg/cm2，模压时间为2-4h；
(5)注浆完成后，利用超声波驱动电源和超声波探头测定注浆加固区域内不同位置的泥质板岩岩体波速，计算动弹性模量和动泊松比参数，对注浆固结效果进行初步评价；
(6)对注浆后稳定的泥质板岩隧道再次采用同样的松动圈测试方法，测定注浆加固区域的松动圈值；测试完成后，使用注浆材料将测试钻孔及时封堵；根据注浆后的松动圈值的范围，对注浆固结效果进行最终评价。
2.根据权利要求1所述的泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述松动圈值确定为多点位移计测得的松动圈值与超声波测得的松动圈值之和的平均值。
3.根据权利要求2所述的泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，动弹性模量的计算公式为：
Ed＝ρVs 2(3Vp 2-4Vs 2)/(Vp 2-Vs 2)，
动泊松比的计算公式为：
μd＝[0.5(Vp/Vs)2-1]/[(Vp/Vs)2-1]，
其中，Vp为泥质板岩纵波速度、单位为m/s，Vs为泥质板岩横波速度、单位为m/s，ρ为泥质板岩密度、单位为g/cm3，动弹性模量的单位为MPa。
4.根据权利要求3所述的泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，当注浆后泥质板岩的动弹性模量增加量大于50％且动泊松比为0.24-0.25时，注浆效果合格，不需补浆；当动弹性模量增加量和动泊松比中任一参数未满足上述要求时，注浆效果不合格，需要补浆。
5.根据权利要求4所述的泥质板岩隧道注浆加固效果监测的工作方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，注浆后的松动圈值在15-30cm时，注浆效果合格，不需补浆，进行下一个作业循环；注浆后的松动圈值大于30cm时，注浆效果不合格，需要补浆。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114634342B (zh) * 2022-04-12 2022-12-09 中南大学 一种壁后注浆造影浆液及其扩散过程超声定位方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003329574A (ja) * 2002-05-10 2003-11-19 Usei Sho ロックボルトとグラウトの付着強度試験方法およびその供試体
CN101832142A (zh) * 2010-02-11 2010-09-15 中铁十二局集团有限公司 一种隧道信息化跟踪精确注浆方法
CN104866709A (zh) * 2015-04-16 2015-08-26 山东大学 一种地下工程锚注质量评价方法
CN106869964A (zh) * 2016-12-30 2017-06-20 华北科技学院 一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检测方法
CN108166994A (zh) * 2018-01-23 2018-06-15 东北大学 一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法
CN109882183A (zh) * 2019-02-28 2019-06-14 西安科技大学 一种富水松散破碎煤岩体注浆固结实验装置及效果评价方法
CN112127909A (zh) * 2020-09-08 2020-12-25 河海大学 一种隧道破碎围岩精确注浆修复加固方法
CN112282775A (zh) * 2020-09-16 2021-01-29 中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 一种盾构隧道同步注浆相似模型试验系统及其方法
CN112417367A (zh) * 2020-11-19 2021-02-26 青岛理工大学 叠线隧道中夹层注浆加固效果多参数耦合量化评价方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003329574A (ja) * 2002-05-10 2003-11-19 Usei Sho ロックボルトとグラウトの付着強度試験方法およびその供試体
CN101832142A (zh) * 2010-02-11 2010-09-15 中铁十二局集团有限公司 一种隧道信息化跟踪精确注浆方法
CN104866709A (zh) * 2015-04-16 2015-08-26 山东大学 一种地下工程锚注质量评价方法
CN106869964A (zh) * 2016-12-30 2017-06-20 华北科技学院 一种风化泥质破碎巷道注浆参数自动监测系统及注浆效果检测方法
CN108166994A (zh) * 2018-01-23 2018-06-15 东北大学 一种应用于富水砂层盾构隧道的注浆加固圈的施工方法
CN109882183A (zh) * 2019-02-28 2019-06-14 西安科技大学 一种富水松散破碎煤岩体注浆固结实验装置及效果评价方法
CN112127909A (zh) * 2020-09-08 2020-12-25 河海大学 一种隧道破碎围岩精确注浆修复加固方法
CN112282775A (zh) * 2020-09-16 2021-01-29 中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 一种盾构隧道同步注浆相似模型试验系统及其方法
CN112417367A (zh) * 2020-11-19 2021-02-26 青岛理工大学 叠线隧道中夹层注浆加固效果多参数耦合量化评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
声波检测技术在裂隙岩体注浆加固在工程质量检测中的应用;刘世奇 等;《西安科技大学学报》;20180531;第38卷(第5期);第396-402页 *

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