CN115030236A - 一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，包括：步骤S1，进行原始边坡的测量放样及清理；步骤S2，在边坡处通过弃渣堆置形成第一台阶；步骤S3，在第一台阶进行NPR监测锚索的安装；步骤S4，进行下一台阶的堆置，并在每个台阶堆置完成后安装对应的NPR监测锚索；步骤S5，按照测样图纸重复进行多个台阶的弃渣堆置，直至完成施工。充分利用了滑坡发生的充分必要条件，及滑动面上力的变化，通过NPR锚索来实现弃渣场边坡稳定性的监测和预警，而且利用多台阶压坡脚式弃渣场边坡的特点，按照施工顺序分台阶安装NPR监测锚索，从而实现了整个弃渣场边坡从点到线、从线到面、从面到体的立体化监测。

Description

一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法。
背景技术
随着隧道工程技术的发展，隧道工程施工会产生大量的弃渣，在隧道施工时，往往会根据隧道工程附近的地形和环境设置弃渣场，这些弃渣场由于其形成时间短，稳定性较差，而且这些弃渣场在施工过程中未能采取有效的防护措施，所以在降雨、地震或其他外界因素影响下，极易产生滑坡、滚石和泥石流等地质灾害，一旦灾害发生，将对周边的人民安全、隧道工程和生态环境产生严重危害。
为了充分掌握弃渣场的稳定性状态，保证弃渣场不在外界环境作用下发生地质灾害，国内外研究学者对弃渣场失稳的诱发因素和稳定性监测进行了大量的理论、室内和现场试验研究，有效的促进了弃渣场的稳定性。但是对于高边坡多台阶压坡脚式弃渣场而言，目前关于其表面位移监测以及地下水等监测较多，但是这些监测技术手段主要是弃渣场边坡失稳的必要条件，而非充分必要条件，无法实现对多台阶压坡脚式弃渣场稳定性全过程的稳定性监测和控制。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，包括：
步骤S1，进行原始边坡的测量放样及清理；
步骤S2，在边坡处通过弃渣堆置形成第一台阶；
步骤S3，在第一台阶进行NPR监测锚索的安装；
步骤S4，进行下一台阶的堆置，并在每个台阶堆置完成后安装对应的NPR监测锚索；
步骤S5，按照测样图纸重复进行多个台阶的弃渣堆置，直至完成施工。
优选地，在各台阶上对应的NPR监测锚索安装位置通过跟管钻孔的方式打设锚固孔，所述锚固孔打设至原始边坡的稳定基岩层。
优选地，所述NPR监测锚索包括：
锚索，所述锚索的一端置于所述锚固孔内，并通过注浆进行固定；
恒阻套管，所述恒阻套管内部设有恒阻体，所述锚索的另一端穿过所述恒阻体、并与所述恒阻体固定；
力学传感器，所述力学传感器对应套接在所述恒阻套管外部，在所述恒阻套管远离所述锚固孔的一端螺纹装配有螺帽，所述螺帽将所述力学传感器挤压在所述锚固孔的孔口处；
数据采集和发射装置，所述数据采集和发射装置数据连接所述力学传感器，以采集所述力学传感器的受力数据，并将所述受力数据通过无线网络发出。
优选地，所述力学传感器与所述锚固孔的孔口处之间设有锚墩，所述锚墩为锥台状，其大端抵触在孔口处；
所述锚墩中部预埋有钢管，所述钢管伸入所述锚固孔内，所述恒阻套管对应套接在所述钢管内；
所述锚墩的上设有对应钢管置于所述锚固孔外部一端的锚垫板。
优选地，在每个台阶上设置有对应NPR监测锚索的保护罩，以保护NPR监测锚索。
优选地，所述数据采集和发射装置通过数据线连接所述力学传感器，并在弃渣堆置时预埋对应数据线的波纹管；
每排或者每列NPR监测锚索布设一个所述波纹管，所述波纹管延伸至所述保护罩的下方。
优选地，在每个台阶上，NPR监测锚索呈阵列分布。
优选地，，NPR监测锚索的锚固孔与水平面夹角为15°-25°。
优选地，步骤S1中，通过前期测量确定原始边坡稳定基岩位置，并清理原始边坡植被表土及既有构筑物。
优选地，对堆置所形成的台阶边坡进行测量，获取边坡的高度、宽度和最大深度，以此确定NPR监测锚索的锚固孔深度、锚固数量。
有益效果：充分利用了滑坡发生的充分必要条件，及滑动面上力的变化，通过NPR锚索来实现弃渣场边坡稳定性的监测和预警，避免了降雨、震动等滑坡发生的充分条件和位移、声波等滑坡发生的必要条件的监测不足。而且利用多台阶压坡脚式弃渣场边坡的特点，按照施工顺序分台阶安装NPR监测锚索，从而实现了整个弃渣场边坡从点到线、从线到面、从面到体的立体化监测。
NPR锚索本身具有高预紧力、高恒阻、大变形、高吸能的特点，高预紧力可以实现对弃渣场边坡的初始加固，在边坡发生大变形时，可以在高恒阻力的作用下产生变形，吸收边坡的变形能，从而对边坡起到控制作用，在实现弃渣场边坡稳定性立体监测的同时，对弃渣场边坡也有很好的控制作用。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明实施例的第一台阶弃渣场边坡的剖面图；
图2是本发明实施例的NPR监测锚索安装后的第一台阶弃渣场边坡剖面图；
图3是本发明实施例的NPR监测锚索安装后的多台阶弃渣场边坡的剖面图；
图4是本发明实施例的NPR监测锚索安装后的单台阶弃渣场边坡平面图；
图5是本发明实施例的数据桩示意图；
图6是本发明实施例的数据曲线预警模式示意图；
图7是本发明实施例的边坡危险程度划分准则示意图。
图中：1、原始边坡；2、第一台阶；3、锚固端；4、锚索；5、波纹管；6、数据线；7、保护罩；8、力学传感器；9、锚墩；10、锚垫板、11、数据桩；12、太阳能板；13、数据采集和发射装置；14、蓄电池；15、恒阻体；16、恒阻套管、17、钢管。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-7所示，一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，包括：步骤S1，进行原始边坡1的测量放样及清理；步骤S2，在边坡处通过弃渣堆置形成第一台阶2；步骤S3，根据的第一台阶2边坡的尺寸，确定NPR监测锚索的布设数量及位置，在第一台阶2进行NPR监测锚索的安装；步骤S4，进行下一台阶的堆置，并在每个台阶堆置完成后安装对应的NPR监测锚索；步骤S5，按照测样图纸重复进行多个台阶的弃渣堆置，直至完成施工。利用多台阶压坡脚式弃渣场边坡的特点，按照施工顺序分台阶安装NPR监测锚索，从而实现了整个弃渣场边坡从点到线、从线到面、从面到体的立体化监测。通过NPR锚索4来实现弃渣场边坡稳定性的监测和预警，避免了降雨、震动等滑坡发生的充分条件和位移、声波等滑坡发生的必要条件的监测不足。在本实施中，利用分台阶锚固的方式进行弃渣场控制，在每一个弃渣台阶堆置过程中，都会形成一个在结构上相对独立的边坡体系，在外界环境作用下，单独的台阶会因为其自身的结构特点产生变形，或者沿着相邻台阶之间的界面产生变形或滑动，因此本申请采取分台阶加固，不仅可以对每一个台阶都进行了加固控制，保证对每个一台阶稳定性进行监测，而且可以从点到线、从线到面、从面到体进行弃渣场整体稳定性的监测。
在另一可选实施例中，根据各台阶边坡的尺寸确定对应NPR监测锚索数量和位置，在各台阶上对应的NPR监测锚索安装位置通过跟管钻孔的方式打设锚固孔，可以防止钻进过程中的孔壁坍塌或流砂充塞钻孔，防止塌孔影响锚索4施工，锚固孔打设至原始边坡1的稳定基岩层，锚固孔至稳定基岩的深度不小于3m，理论上最大深度不大于10m，具体深度根据地质条件进行选择。
在另一可选实施例中，NPR监测锚索包括锚索4、恒阻套管16、数据采集和发射装置13和力学传感器8，力学传感器8具体可以为压力传感器，锚索4的一端置于锚固孔内，向锚固孔内部注浆形成锚固端3，以对锚索4进行固定，使锚索4固定在锚固孔中；恒阻套管16内部设有恒阻体15，锚索4的另一端穿过恒阻体15、并与恒阻体15固定，恒阻体15可以在恒阻套管16内沿其轴向滑动，并在滑动过程中使恒阻套管16产生形变，以此产生较高的恒阻力，恒阻体15的恒阻力值可以为850kN；力学传感器8对应套接在恒阻套管16外部，在恒阻套管16远离锚固孔的一端螺纹装配有螺帽，螺帽将力学传感器8挤压在锚固孔的孔口处；对锚索4施加预应力，预应力值为300kN～400kN。数据采集和发射装置13数据连接力学传感器8，以采集力学传感器8的受力数据，并将受力数据通过无线网络发出，具体的可以通过无线通讯终端或者服务器与数据采集和发射装置13进行5G网络连接，无线通讯终端可以为手机或者网络信息平台，并将监测数据以数据表和曲线的形式展现出来。针对采集到的数据曲线，我们有对应的预警模式，分别是：(a)稳定模式；(b)次稳定模式；(c)裂隙模式；(d)滑移模式。并按照边坡的危险程度划分为红(临滑预警)、橙(近滑预警)、黄(次稳预警)、蓝(稳定预警)四种颜色(参见图7)，以对台阶稳定性进行判别。
在本实施例中，数据采集和发射装置13固定在数据桩11上，数据桩11上设有对应数据采集和发射装置13的箱体，数据桩11上还设有太阳能板12和蓄电池14；数据采集和发射装置13采集受力数据并发射时间的间隔为1h，该采集和发射频率可以根据现场情况进行调整；太阳能板12用来为蓄电池14供电，保证设备正常运行；蓄电池14可以保证夜间或阴雨天气设备的正常运行。
在另一可选实施例中，力学传感器8与锚固孔的孔口处之间设有锚墩9，锚墩9为锥台状，其大端抵触在孔口处，在本实施例中，锚墩9可以呈四棱台状，底面大于顶面，保证锚墩9与弃渣场边坡表面有较大的接触面积，避免锚墩9凹陷于边坡内部，使NPR锚索4充分发挥作用；锚墩9中部预埋有钢管19，钢管19伸入锚固孔内，恒阻套管16对应套接在钢管19内；锚墩9预埋钢管19的直径为20cm，钢管19穿过锚墩9与锚固孔保持一致，锚墩9顶面预埋有对应钢管19置于锚固孔外部一端的锚垫板10，锚垫板10与锚墩9顶面平行并与钢管19垂直。
在另一可选实施例中，在每个台阶上设置有对应NPR监测锚索的保护罩7，其中，对于埋置在弃渣场内部的监测点，可以选用钢筋混凝土材料，这样可以和数据传输通道合为一体，增加整体稳定性；对于暴露在外面的监测点，可以选用封闭的钢管保护罩与锚墩固定在一起，保护好高精度力学传感器即可，这样也可以保证后期对设备的维护。
将NPR监测锚索和高精度力学传感器8保护起来，避免下一台阶弃渣边坡施工时造成恒阻装置和高精度力学传感器8的损坏。数据采集和发射装置13通过数据线6连接力学传感器8，并在弃渣堆置时预埋对应数据线6的波纹管5，以此作为数据传输通道；在锚墩9保护罩7下方进行数据传输通道的施工，该数据传输通道与保护罩7一体，用来铺设高精度力学传感器8的的数据线6，数据线6外套上波纹管5，每排或者每列NPR监测锚索布设一个波纹管5，具体每一排锚索4设置一个波纹管5。波纹管5延伸至保护罩7的下方，数据传输通道在保护数据传输线的同时还能作为雨季的排水通道。
在另一可选实施例中，NPR监测锚索的具体施工步骤为：根据台阶边坡的尺寸，确定NPR监测锚索的布设数量和位置；根据锚索4的位置，进行NPR监测锚索的施工与安装；对安装好的NPR锚索4的外露端进行防护罩的施工；在NPR锚索4防护罩下方进行波纹管5布设；波纹管5的另一端延伸至不受弃渣扰动的安全地段，对应连接在数据桩11上。
在另一可选实施例中，NPR监测锚索的锚固孔与水平面夹角为15°-25°。具体施工时，选取多个角度进行理论计算和数值模拟分析，最终确定一个相对最佳的入射角。
在另一可选实施例中，通过前期测量确定原始边坡1稳定基岩位置，并清理原始边坡1植被表土及既有构筑物，避免弃渣边坡与原始边坡1存在不连续面，导致后期弃渣边坡失稳。对堆置多形成的台阶边坡进行测量，获取边坡的高度、宽度和最大深度，以此确定NPR监测锚索的锚固孔深度、锚固数量。在每个台阶上，NPR监测锚索呈阵列分布。当弃渣台阶高度小于等于30m时，在台阶中部布设一排NPR监测锚索；当台阶高度大于30m时，以临近的两排锚索4高差15m～20m均匀分布，并随高度增加依次增加排数；当台阶宽度小于等于30m时，只需要在边坡中部布设一列NPR监测锚索；当台阶宽度大于30m时，以相邻的两列锚索4水平间距15m～20m的均匀分布，并随宽度增加依次增加每排锚索4的数量；根据弃渣场厚度确定NPR锚索4的长度。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本申请实施例对此并不进行限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1，进行原始边坡的测量放样及清理；
步骤S2，在边坡处通过弃渣堆置形成第一台阶；
步骤S3，在第一台阶进行NPR监测锚索的安装；
步骤S4，进行下一台阶的堆置，并在每个台阶堆置完成后安装对应的NPR监测锚索；
步骤S5，按照测样图纸重复进行多个台阶的弃渣堆置，直至完成施工。
2.根据权利要求1所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，在各台阶上对应的NPR监测锚索安装位置通过跟管钻孔的方式打设锚固孔，所述锚固孔打设至原始边坡的稳定基岩层。
3.根据权利要求2所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，所述NPR监测锚索包括：
锚索，所述锚索的一端置于所述锚固孔内，并通过注浆进行固定；
恒阻套管，所述恒阻套管内部设有恒阻体，所述锚索的另一端穿过所述恒阻体、并与所述恒阻体固定；
力学传感器，所述力学传感器对应套接在所述恒阻套管外部，在所述恒阻套管远离所述锚固孔的一端螺纹装配有螺帽，所述螺帽将所述力学传感器挤压在所述锚固孔的孔口处；
数据采集和发射装置，所述数据采集和发射装置数据连接所述力学传感器，以采集所述力学传感器的受力数据，并将所述受力数据通过无线网络发出。
4.根据权利要求3所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，所述力学传感器与所述锚固孔的孔口处之间设有锚墩，所述锚墩为锥台状，其大端抵触在孔口处；
所述锚墩中部预埋有钢管，所述钢管伸入所述锚固孔内，所述恒阻套管对应套接在所述钢管内；
所述锚墩的上设有对应钢管置于所述锚固孔外部一端的锚垫板。
5.根据权利要求4所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，在每个台阶上设置有对应NPR监测锚索的保护罩，以保护NPR监测锚索。
6.根据权利要求5所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，所述数据采集和发射装置通过数据线连接所述力学传感器，并在弃渣堆置时预埋对应数据线的波纹管；
每排或者每列NPR监测锚索布设一个所述波纹管，所述波纹管延伸至所述保护罩的下方。
7.根据权利要求1所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，在每个台阶上，NPR监测锚索呈阵列分布。
8.根据权利要求1所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，NPR监测锚索的锚固孔与水平面夹角为15°-25°。
9.根据权利要求1所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，步骤S1中，通过前期测量确定原始边坡稳定基岩位置，并清理原始边坡植被表土及既有构筑物。
10.根据权利要求1所述的隧道多台阶压坡脚式弃渣场动态监测与控制方法，其特征在于，对堆置所形成的台阶边坡进行测量，获取边坡的高度、宽度和最大深度，以此确定NPR监测锚索的锚固孔深度、锚固数量。
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