CN113358822A - 一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，属岩土工程技术领域，旨在表征围岩失稳的关键前兆特征。通过布设微裂隙纵向测线、环向测线，并喷涂导电胶，用电线将围岩表面喷涂的导电胶、电池、指针电子钟串联，并记录指针电子钟的起始时刻；当隧道围岩表面微裂隙发育时，指针电子钟的停止时刻与起始时刻的差值，即为隧道围岩表面微裂隙发育时间。同时根据微裂隙纵向测线和环向测线上指针电子钟的停止时刻，即可判断微裂隙发育方向。其方法操作简易，测量精确度高、材料成本低、人工成本低，为隧道围岩稳定性评估、控制时机提供了现场数据支持，有效解决了隧道围岩表面微裂隙发育特征监测的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种监测方法，尤其是一种基于适用于表征围岩失稳的关键前兆特征的导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，属岩土工程技术领域。
背景技术
由于成岩、构造运动及其他外部营力的作用，岩体中一般具有张开度小于1mm的宏观和微观裂隙，外部营力改变，裂隙周边特别是端部，会产生应力集中现象，进而在缝端开始破坏。微裂缝逐渐扩展、累积最终也可能演变成宏观裂缝。例如锦屏二级水电站，由于开挖卸荷及围岩应力重调整作用，在侧壁浅部位围岩中生成小角度进平行洞壁张拉裂隙，较深部位生成具有一定弧度的剪切裂隙。由于岩体微裂隙隐蔽性强、潜在危害性大，围岩表面微裂隙发育信息是隧道危石垮塌等灾害的关键前兆特征，其发育时间、发育方向监测尤为重要。
目前常用全站仪、三维激光扫描仪、超声波波速仪、地质雷达、微震监测系统等设备测试隧道浅表围岩质量。全站仪价格较为便宜，但只能分析隧道围岩表面收敛；三维激光扫描仪能够全方位对隧道的变形进行监测，但价格昂贵，且无法识别隐蔽性强的岩体微裂隙；超声波波速仪、地质雷达等能够监测隧道围岩松动圈，对围岩表面裂隙无法表征，且价格也昂贵。微震监测是通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等作出评价，价格昂贵且无法区分微裂隙和宏观裂隙。现场施工人员也能对隧道围岩表面宏观裂隙进行地质素描，但很难发现隐蔽性强的微裂隙，且工作量繁重，往往错过微裂隙发育时间。所以亟需一种方法解决上述监测手段存在的各类突出问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的要克服现有技术中的不足之处，提供一种操作简便、测量精确度高、安全可靠、效果好的基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法。
技术方案：本发明的一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，包括如下步骤：
a.隧道开挖后，在隧道围岩表面沿平行掘进方向，间隔布置多条微裂隙纵向测线，向多条微裂隙纵向测线位置处围岩表面及时喷涂导电胶，同时在多条微裂隙纵向测线之间的隧道围岩表面间隔布置多条微裂隙环向测线，并在多条微裂隙环向测线位置处围岩表面沿隧道环向分段喷涂导电胶；
b.分别用电线将多条微裂隙纵向测线和多条微裂隙环向测线位置处围岩表面喷涂的导电胶与电池和指针电子钟串联在一起，并记录指针电子钟的起始时刻；
c.当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也随之破裂，造成指针电子钟的线路断路，记录指针电子钟的停止时刻；
d.通过在围岩表面布设的微裂隙纵向测线和环向测线，根据测线上指针电子钟的不同停止时刻，判断围岩表面微裂隙发育的主体方向，指针电子钟的停止时刻与起始时刻的差值，即为隧道围岩表面微裂隙发育时间；
若微裂隙纵向测线上的指针电子钟停止，即隧道围岩表面微裂隙发育的方向为垂直于掘进方向；
若微裂隙环向测线的指针电子钟停止，即隧道围岩表面微裂隙发育的方向为平行于掘进方向。
所述的导电胶的平均粒径约1μm，喷涂的导电胶主体附在围岩表面，部分导电胶进入微裂隙中，当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶随之破裂，对张开度小于1mm的微裂隙发育时间精准测试。
所述的导电胶为石墨填充型导电胶，固化时间为12h，石墨填充型导电胶基体为E51型环氧树脂，石墨填充型导电胶填料为石墨，石墨的平均粒径约1μm，填料与基体的质量比为0.4～0.6。
所述的微裂隙纵向测线的长度为2～5m，平行掘进方向的条数不少于3条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。
所述的微裂隙环向测线的长度为隧道周长的1/8～1/16，条数为4～8条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明巧妙结合石墨导电胶和指针电子钟，当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也能随之破裂，整个线路也就断路了，从而解决了隧道围岩表面微裂隙发育特征监测难题。特别适用于辉石、长石、石英、云母和方解石等造岩矿物电阻率很高的岩石隧道。其操作简易，具备测量精确度高、材料成本低、人工成本低等优势，为隧道围岩稳定性评估、控制时机提供了现场数据支持。与现有技术相比的主要优点如下：
(1)微裂隙的张开度小于1mm，导电胶的平均粒径约1μm，导电胶不仅能粘附在围岩表面，部分导电胶还能进入微裂隙中，所以在当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也能随之破裂，对张开度小于1mm的微裂隙发育时间测试精确度高。
(2)导电胶的主要材质选择石墨，材料成本低，便于大范围推广。
(3)只有喷涂、连接线路、数据记录，对人工的技术水平要求低，平时也不需要养护，人工成本低。
(4)常用的全站仪、三维激光扫描仪、超声波波速仪、地质雷达等设备不能监测隧道围岩表面微裂隙发育时间，本发明填补了该项技术空白。
(5)通过在围岩表面布设微裂隙纵向测线和环向测线，根据测线上指针电子钟的不同停止时刻，还能判断围岩表面微裂隙发育的主体方向。
附图说明
图1是本发明的基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法示意图。
图中：1-隧道围岩，2-微裂隙纵向测线，3-微裂隙环向测线，4-电线，5-电池，6-指针电子钟。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示，本发明的基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，具体步骤如下：
a.隧道开挖后，在隧道围岩1表面沿平行掘进方向，间隔布置多条微裂隙纵向测线2，向多条微裂隙纵向测线2位置处围岩表面及时喷涂导电胶，同时在多条微裂隙纵向测线2之间的隧道围岩表面间隔布置多条微裂隙环向测线3，并在多条微裂隙环向测线3位置处围岩表面沿隧道环向分段喷涂导电胶；所述喷涂的导电胶的平均粒径约1μm，喷涂的导电胶主体附在围岩表面，部分导电胶进入微裂隙中，当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶随之破裂，对张开度小于1mm的微裂隙发育时间精准测试。喷涂的导电胶为石墨填充型导电胶，固化时间为12h，石墨填充型导电胶基体为E51型环氧树脂，石墨填充型导电胶填料为石墨，石墨的平均粒径约1μm，填料与基体的质量比为0.4～0.6。
b.分别用电线4将多条微裂隙纵向测线2和多条微裂隙环向测线3位置处围岩表面喷涂的导电胶与电池5和指针电子钟6串联在一起，并记录指针电子钟6的起始时刻；所述的微裂隙纵向测线2的长度为2～5m，平行掘进方向的条数不少于3条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。所述的微裂隙环向测线3的长度为隧道周长的1/8～1/16，条数为4～8条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。
c.当隧道围岩1表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也随之破裂，造成指针电子钟6的线路断路，记录指针电子钟6的停止时刻；
d.通过在围岩表面布设的微裂隙纵向测线2和环向测线3，根据测线上指针电子钟的不同停止时刻，判断围岩表面微裂隙发育的主体方向，指针电子钟6的停止时刻与起始时刻的差值，即为隧道围岩1表面微裂隙发育时间；
若微裂隙纵向测线2上的指针电子钟停止，即隧道围岩1表面微裂隙发育的方向为垂直于掘进方向；
若微裂隙环向测线3的指针电子钟停止，即隧道围岩1表面微裂隙发育的方向为平行于掘进方向。
实施例一、针对某隧道原岩赋存大量微裂隙，开挖过程中在高应力作用下围岩出现了大量破坏现象，如片帮、破裂鼓胀、塌方等，需要监测围岩表面微裂隙发育时间，评估围岩失稳前兆特征。开挖隧道洞径10m，间隔布置多条微裂隙纵向测线，及时喷涂导电胶。同时间隔布置多条微裂隙环向测线，沿隧道环向分段喷涂导电胶。导电胶选择石墨填充型导电胶，填料与基体的质量比为0.5。微裂隙纵向测线的长度为5m，平行掘进方向的条数为3条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.5mm。微裂隙环向测线的长度为3m，条数为4条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.5mm。采用电线将围岩表面喷涂的导电胶、电池、指针电子钟串联，并记录指针电子钟的起始时刻；当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也随之破裂，造成指针电子钟的线路断路，记录指针电子钟的停止时刻；指针电子钟的停止时刻与起始时刻的差值，即为隧道围岩表面微裂隙发育时间。
若记录布设微裂隙纵向测线2和微裂隙环向测线3的指针电子钟起始时刻为15点整，微裂隙纵向测线2的指针电子钟停止时刻为第二天的16点21分，而相邻的微裂隙环向测线3的指针电子钟一直未停止，则表明该隧道围岩表面微裂隙的发育时间为25小时21分钟，且微裂隙发育的主体方向为环向，即垂直于掘进方向。
实施例二、与实施例一基本相同，相同处略。不同之处在于：开挖洞径6m，微裂隙纵向测线的长度为3m，平行掘进方向的条数为4条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.3mm左右。微裂隙环向测线的长度为2m，条数为4条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.3mm。
若记录布设微裂隙纵向测线2和微裂隙环向测线3的指针电子钟起始时刻为12点整，微裂隙环向测线3的指针电子钟停止时刻为第二天的12点15分，而相邻的微裂隙纵向测线2的指针电子钟一直未停止，则表明该隧道围岩表面微裂隙的发育时间为24小时15分钟，且微裂隙发育的主体方向为垂直于掘进方向。
实施例三、与实施例一基本相同，相同处略。不同之处在于：开挖洞径8m，微裂隙纵向测线的长度为4m，平行掘进方向的条数为5条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.3mm左右。微裂隙环向测线的长度为2m，条数为6条，线宽为1cm，喷涂导电胶厚度为0.3mm。
若记录布设微裂隙纵向测线2和微裂隙环向测线3的指针电子钟起始时刻为10点整，微裂隙纵向测线2的指针电子钟停止时刻为第二天的15点40分，而相邻的微裂隙环向测线的指针电子钟停止为第二天的16点18分，则表明该隧道围岩表面环向微裂隙的发育时间为25小时45分钟，掘进方向微裂隙的发育时间为26小时18分钟，所以该隧道围岩表面微裂隙环向发育时间早于掘进方向。
Claims (5)
1.一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.隧道开挖后，在隧道围岩(1)表面沿平行掘进方向，间隔布置多条微裂隙纵向测线(2)，向多条微裂隙纵向测线(2)位置处围岩表面及时喷涂导电胶，同时在多条微裂隙纵向测线(2)之间的隧道围岩表面间隔布置多条微裂隙环向测线(3)，并在多条微裂隙环向测线(3)位置处围岩表面沿隧道环向分段喷涂导电胶；
b.分别用电线(4)将多条微裂隙纵向测线(2)和多条微裂隙环向测线(3)位置处围岩表面喷涂的导电胶与电池(5)和指针电子钟(6)串联在一起，并记录指针电子钟(6)的起始时刻；
c.当隧道围岩(1)表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶也随之破裂，造成指针电子钟(6)的线路断路，记录指针电子钟(6)的停止时刻；
d.通过在围岩表面布设的微裂隙纵向测线(2)和环向测线(3)，根据测线上指针电子钟的不同停止时刻，判断围岩表面微裂隙发育的主体方向，指针电子钟(6)的停止时刻与起始时刻的差值，即为隧道围岩(1)表面微裂隙发育时间；
若微裂隙纵向测线(2)上的指针电子钟停止，即隧道围岩(1)表面微裂隙发育的方向为垂直于掘进方向；
若微裂隙环向测线(3)的指针电子钟停止，即隧道围岩(1)表面微裂隙发育的方向为平行于掘进方向。
2.如权利要求1所述的一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，其特征在于：所述的导电胶的平均粒径约1μm，喷涂的导电胶主体附在围岩表面，部分导电胶进入微裂隙中，当隧道围岩表面微裂隙发育时，附着在围岩浅表的导电胶随之破裂，对张开度小于1mm的微裂隙发育时间精准测试。
3.如权利要求1或2所述的一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，其特征在于：所述的导电胶为石墨填充型导电胶，固化时间为12h，石墨填充型导电胶基体为E51型环氧树脂，石墨填充型导电胶填料为石墨，石墨的平均粒径约为1μm，填料与基体的质量比为0.4～0.6。
4.如权利要求1所述的一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，其特征在于：所述的微裂隙纵向测线(2)的长度为2～5m，平行掘进方向的条数不少于3条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。
5.如权利要求1所述的一种基于导电喷涂的隧道围岩表面微裂隙发育特征的监测方法，其特征在于：所述的微裂隙环向测线(3)的长度为隧道周长的1/8～1/16，条数为4～8条，线宽为0.5～2cm，喷涂导电胶的厚度为0.1～1mm。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 梁宁;伍法权;王云峰;包含;: "大埋深高地应力关山隧道围岩变形破坏分析" * |
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