CN209494567U - 一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，包括用于设置在隧道软弱围岩内部的检测头和用于设置在隧道软弱围岩外部的信号接收仪；检测头和信号接收仪数据连接；检测头包括一体成型的检测头本体，检测头本体前端为入土锥头，入土锥头为圆椎体，圆锥体的侧面设置有薄膜压力传感器，薄膜压力传感器数据连接至外部的信号接收仪，薄膜压力传感器用于测量在隧道软弱围岩注浆过程中检测其内部对应位置的土压力，并将土压力实时发送至外部信号接收仪，信号接收仪用于实时获取并显示检测头发出的土压力信息；本实用新型可以在施工过程中及时获取注浆加固效果及判断软土地层中的浆脉走向，为施工过程提供及时有效的指导信息。

Description

一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置

【技术领域】

本实用新型属于土木工程隧道超前帷幕注浆技术领域，尤其涉及一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置。

【背景技术】

在隧道工程领域中，遭遇软弱富水地层时，经常采用超前帷幕注浆技术来改善前方围岩特性，浆液在高压作用下，以扩散或劈裂的方式注入地层，从而实现对地层土体的挤密，改良其力学性能，降低其渗透系数，减少加固区域地层的含水率，降低施工开挖风险。

现有技术中，对软弱地层隧道超前帷幕注浆效果的检测一般具有滞后性，是在隧道超前帷幕注浆施工完毕后，需要按设计孔数的5％或以上，重新钻设检查孔取芯，分析芯样的完整性和浆脉含量，根据实际情况，也许还需要测试芯样的单轴抗压强度；此外，应分析检查孔内出水情况，必要时应进行压水试验，检测已加固地层的渗透率，以此来综合判断本循环注浆效果是否满足开挖要求。

因此，现有的检测方法耗时耗力，且由于检查孔的数量较少，检查盲区较大，不能全面的判断本循环注浆加固效果，具有一定局限性。同时，在施工过程中，软土地层中浆脉的走向难以控制和预测，通过芯样评价注浆效果，往往很难得出正确的结论，不能实时为施工过程提供及时有效的指导信息。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，在施工过程中及时获取注浆加固效果及判断软土地层中的浆脉走向，为施工过程提供及时有效的指导信息。

本实用新型的一种技术方案：一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，包括用于设置在隧道软弱围岩内部的检测头和用于设置在隧道软弱围岩外部的信号接收仪；检测头和信号接收仪数据连接；

检测头包括一体成型的检测头本体，检测头本体前端为入土锥头，入土锥头为圆椎体，圆锥体的侧面设置有薄膜压力传感器，薄膜压力传感器数据连接至外部的信号接收仪，薄膜压力传感器用于测量在隧道软弱围岩注浆过程中检测其内部对应位置的土压力，并将土压力实时发送至外部信号接收仪，信号接收仪用于实时获取并显示检测头发出的土压力信息。

进一步的，薄膜压力传感器数量为三个，且均匀分布在入土锥头上。

进一步的，每个薄膜压力传感器的检测面上均涂有传导胶体，每个传导胶体均为半球体，且其弧面朝外。

进一步的，检测头采用导电材料制成，检测头的数量至少为两个，每个检测头均通过导线连接至外部的信号接收仪。

进一步的，入土锥头连接有锥尾活塞推杆，锥尾活塞推杆为圆柱体，圆柱体前端同轴连接在入土锥头，后端收缩成圆锥体。

进一步的，入土锥头的底面直径大于锥尾活塞推杆圆柱体的底面直径。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的检测装置结构简单，易于加工，薄膜压力传感器价格低廉，是常用的微型土压力计价格的十几分之一，适于大量布设；埋点布设十分便捷，对正常的注浆施工几乎没有任何干扰；将检测装置埋设完成后，可在后续注浆过程中的任意时间检测注浆加固边界区域重点部位的土压力变化情况，以及任意两测点之间的水力连续变化情况，实时指导现场注浆，对薄弱区域进一步加强，对效果良好区域合理的优化简化，并为最终的注浆效果评价提供可靠依据。

【附图说明】

图1为本实用新型一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的右视图；

图4为本实用新型实施例中隧道帷幕注浆检测头安装剖面图；

图5为本实用新型实施例中隧道帷幕注浆检测头埋设剖面图；

图6为本实用新型实施例中软土隧道帷幕注浆效果实时检测布点方案示意图；

图7为图6的左视图；

图8为图6的右视图。

其中：1.检测头本体；2.锥尾活塞推杆；3.入土锥头；4.薄膜压力传感器；5.传导胶体；6.导线；10.孔底注浆管；11.孔口管；12.孔口盖；13.导线孔；14.连接螺栓。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，包括用于设置在隧道软弱围岩内部的检测头和用于设置在隧道软弱围岩外部的信号接收仪。由于检测头需要检测水力连续变化情况，将两个检测头作为两个电极，通过电流变化来测量两个检测头之间的水力联系，进而判断帷幕注浆软弱围岩的注浆情况，因此，检测头采用导电材料制成，检测头的数量至少为两个，每个检测头通过导线6连接至外部的信号接收仪。

信号接收仪包括两部分组成，一部分为薄膜压力测试仪，用来接收每个检测头上的薄膜压力传感器4所发出的数据，进而得出隧道软弱围岩内的土压力，来衡量注浆效果。另一部分为地下水测试仪，用来接收两个检测头之间的浆脉联系强弱，进而判断浆脉走向等信息，进一步为注浆施工过程提供指导信息。

如图1所示，检测头包括一体成型的检测头本体1，检测头本体1前端为入土锥头3，入土锥头3为圆椎体，圆锥体的顶点朝向软弱围岩方向，可以方便入土锥头3插入软弱围岩中。

圆锥体的侧面设置有薄膜压力传感器4，薄膜压力传感器4数量为三个，且均匀分布在入土锥头3的同一截面上，可以保证测量多个方向传来的受力。因为围岩中应力主要分解为三个互相垂直的空间方向，本实施例中的三片薄膜压力传感器4在入土锥头3形成近似90度的等角度三维空间夹角，可以更好的测量围岩压力情况，而且薄膜压力传感器4的采购成本很低，可以有效降低整个装置的成本。

每个薄膜压力传感器4的检测面上均涂有传导胶体5，传导胶体5可采用环氧树脂或沥青等材料涂于薄膜压力传感器4监测面上，其凝固后在表面形成最大厚度为3mm的半球面，可以将围岩土体不规则的颗粒状点荷载更高效地传导至薄膜压力传感器4受力面上，同时也进一步起到摩擦保护和隔水的作用。每个传导胶体5均为半球体，且其弧面朝外。传导胶体5是为了将软弱围岩中的土压力更好的传递给薄膜压力传感器4。每个薄膜压力传感器4均通过数据线与外部的信号接收仪连接。

本实施例中三片薄膜压力传感器4均通过数据线与外部信号接收仪(即薄膜压力测试仪部分)连接，这三根数据线与检测头本体1的金属主体完全隔绝，不导电。检测头本体1采用金属主体，其通过导线6与外部信号接收仪(即地下水测试仪部分)连接，作为后续测量浆脉情况的一极。

入土锥头3连接有锥尾活塞推杆2，锥尾活塞推杆2为圆柱体，圆柱体前端同轴连接在所述入土锥头3，后端收缩成圆锥体，通过该圆锥体的顶点逐步将其插入孔底注浆管10内。圆柱体的一个底面与入土锥头3的底面连接，入土锥头3的底面直径大于锥尾活塞推杆2圆柱体的底面直径，以在锥尾活塞推杆2插入孔底注浆管10时，通过入土锥头3的底面卡在孔底注浆管10的出口端，避免插入过深卡在其内部，不能被浆液冲出。

入土锥头3的长度与锥尾活塞推杆2的长度相近，以10～15cm为宜，可以在确保可以插入围岩的前提下，尽量使薄膜压力传感器4远离浆液影响，避免过厚的浆液包裹，硬化后降低检测精度。

薄膜压力传感器4数据连接至外部的信号接收仪，薄膜压力传感器4用于测量在隧道软弱围岩注浆过程中检测其内部对应位置的土压力，并将土压力实时发送至外部信号接收仪，薄膜压力传感器4应尽量靠近入土锥头3的尖端，保证测量精确度。信号接收仪用于实时获取并显示检测头发出的土压力信息。这样一来，就可以通过每个测量头上的薄膜压力传感器4实时测得其所在位置的土压力，并实时根据测得信息指导施工。

本实用新型一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置的安装使用方法具体如下：

安装检测头：在止浆墙上开孔，安装孔口管11，钻孔至预设深度，退钻。将检测头的锥尾活塞推杆2塞入孔底注浆管10的前端，在锥尾活塞推杆2上涂抹一些凡士林油或者黄油，可以更好的利用注浆压力实现活塞功能。将导线6在孔底注浆管10端头轻轻缠绕几圈，并用胶带做简单固定，避免检测头本体1插入土体后扯断导线6。

孔底注浆管10通常为PVC管或钢管，根据钻孔长度，分节连接直至孔底。插入孔底注浆管10，至人力推进极限，而后将导线6穿出导线孔13，开始注入双液浆，浆液压力推动锥尾活塞推杆2，使入土锥头3进一步插入土体，令薄膜压力传感器4和传导胶体5密贴围岩土体。

将孔口盖12与孔底注浆管10连接，将孔口管11与孔口盖12通过连接螺栓14紧密连接。向孔底注浆管10内注入双液浆，当锥尾活塞推杆2推进至锥形尾部，浆液开始注入围岩，检测头失去推进力，此时注入少量双液浆后，短暂间歇1分钟，使得浆液在孔底初凝，隔断检测头本体1与后续正常注入的大量浆液之间的主要联系，避免入土锥头3部分形成过厚的浆液包裹，硬化后降低检测精度，之后即可按正常设计与工艺进行注浆。

孔口管11植入止浆墙，为后续扫孔提供定位，孔口盖12与孔口管11通过连接螺栓14紧密连接；导线孔13设置于12孔口盖上，利用T型橡胶塞密封，将检测头本体1的导线6引出，以便后续测量。

在软土隧道帷幕注浆施工前期优先施作，在正常的“下管孔底返浆”的注浆工艺基础上，跟管安装检测头本体1，而后利用注浆压力，进一步将检测头顶入软土围岩，使之与围岩密贴。

重复执行安装检测头步骤，直至完成安装预设数量的检测头，优选的，检测头的数量至少为两个，以便可以测出两个检测头之间的浆脉状况，为注浆提供指导信息。

在本实施例中，以某地铁隧道在软土地层中的帷幕注浆施工为例，安装检测头的数量为多个，且分布在软弱围岩的不同深度横断面上，每个软弱围岩的横断面的拱顶和左右起拱线上均布设有检测头。设计的实时检测布点方案如图6、图7和图8所示，布点原则为：(1)沿隧道纵向，按不同的钻孔终止深度划分横断面，每个横断面都应该布设测点；(2)在每个横断面，在上部的拱顶、左右起拱线约45度位置，都是隧道支护变形较大部位，是注浆加固应重点保障的部位，必须布点；(3)为通过注浆控制隧道开挖出水，应尽量以隧道中心对称布设测点，保证对角线的测点可以最大限度的检查隧道开挖区域内水力联系情况。

综上，在该小断面隧道中，一次加固长度有限，仅设置两个扫孔深度横断面，A圈横断面和B圈横断面，以对角线布置3对测点A1-A4、A2-A5、A3-A6，AB两圈总计布置12个测点，在注浆过程中随时检测注浆加固的设计范围边缘处，土压力变化情况和对角线测点间的水力联系变化情况，实时指导现场注浆施工，对于不均匀地层的不同区域，做到有针对性的加强和简化，并为最终的注浆效果评价提供可靠依据。

本孔位测点埋设完毕后采取三个方向围岩压力的初始检测值，同时，任意两个孔位测点，可以检测其导电电流大小，进而反应两点间的水力联系情况，在后续的注浆作业过程中，随时分析检测值的变化情况。

通过孔底注浆管10进行常规注浆操作，操作同时通过信号接收仪接收位于隧道软弱围岩土体内的每个检测头发出的测量信号，即得到软弱地层隧道超前帷幕注浆效果信息。完成检测头的安装埋设后，可在后续的注浆施工过程中，通过单个测点，可以随时检测注浆加固区边缘的围岩压力变化情况，判断注浆的挤密效果，通过任意两个测点，可以随时检测两点间水力联系强弱，判断注浆的挤水排水效果。通过测值的变化情况，实时指导现场注浆施工，在不均匀的复杂地层中，实现有针对性的区域加强注浆和区域简化注浆，并为最终的注浆效果评价提供可靠依据。

本实用新型可以解决现有软土隧道帷幕注浆效果检测困难，效果不佳的问题，在既有的“下管孔底返浆”的注浆工艺基础上，结合一种结构相对简单、易于操作、不影响正常注浆施工的实时检测装置来实现。

本实用新型的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置方便快捷、经济实用、且在注浆过程中可以随时检测，可以用来指导软土隧道的超前帷幕注浆施工，实现帷幕注浆的过程优化控制，提高验收的成功率，降低隧道开挖风险。在帷幕注浆施工过程中完成安装和埋设，不影响本孔注浆和其他孔后续注浆施工，可以随时检测围岩压力和两测点间的水力联系，为帷幕注浆施工提供实时指导。

Claims (6)

1.一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，包括用于设置在隧道软弱围岩内部的检测头和用于设置在隧道软弱围岩外部的信号接收仪；所述检测头和信号接收仪数据连接；

所述检测头包括一体成型的检测头本体(1)，所述检测头本体(1)前端为入土锥头(3)，所述入土锥头(3)为圆锥体，所述圆锥体的侧面设置有薄膜压力传感器(4)，所述薄膜压力传感器(4)数据连接至外部的信号接收仪，所述薄膜压力传感器(4)用于测量在隧道软弱围岩注浆过程中检测其内部对应位置的土压力，并将所述土压力实时发送至外部信号接收仪，所述信号接收仪用于实时获取并显示所述检测头发出的土压力信息。

2.如权利要求1所述的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，所述薄膜压力传感器(4)数量为三个，且均匀分布在所述入土锥头(3)上。

3.如权利要求1所述的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，每个所述薄膜压力传感器(4)的检测面上均涂有传导胶体(5)，每个所述传导胶体(5)均为半球体，且其弧面朝外。

4.如权利要求1或2或3所述的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，所述检测头采用导电材料制成，所述检测头的数量至少为两个，每个所述检测头均通过导线(6)连接至外部的信号接收仪。

5.如权利要求1或2或3所述的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，所述入土锥头(3)连接有锥尾活塞推杆(2)，所述锥尾活塞推杆(2)为圆柱体，所述圆柱体前端同轴连接在所述入土锥头(3)，后端收缩成圆锥体。

6.如权利要求5所述的一种软弱地层隧道超前帷幕注浆效果实时检测装置，其特征在于，所述入土锥头(3)的底面直径大于所述锥尾活塞推杆(2)圆柱体的底面直径。