CN210571111U - 一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，该固定装置由承力头、传力段、固定段三部分组成。承力头是一个橡胶材质的切圆球面实心包体，具有足够的抗压强度，直接与围岩接触；传力段是由顶托、伸缩套管、底托、消力弹簧组成，其中顶托平面为圆形，面积比承力头底面积小，伸缩套管是内置螺纹，具有足够的抗压强度，伸缩距离根据具体施工工况可调，底托与消力弹簧相扣，消力弹簧的胡克系数根据装置自重、超挖情况和围岩破碎状况确定；固定段是由保护罩、固定底座组成。该装置可使压力盒牢固有效安装在钢拱架的指定位置，保证了测试装置与围岩的密贴，确保测量结果的准确性和有效性。

Description

一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置

技术领域

本实用新型是一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，涉及一种在软弱围岩中修建隧道时进行隧道支护结构与围岩之间的压力测量的压力盒安装固定装置，使压力盒准确固定于钢拱架的指定位置，并与围岩有效密贴，属于地下工程施工安全监控领域。

背景技术

进入21世纪以来，随着“新奥法”隧道施工理念在国内外的广泛推广应用，现场施工过程中的监控量测已成为必要的辅助工序，国家有关部门也将隧道监控量测纳入隧道施工规范之中作为强制性工序。隧道围岩压力作为软岩隧道支护设计的重要参数，对优化支护结构，确保施工安全，控制建设成本具有极其关键的研究价值，软岩隧道中的初支大变形乃至失稳坍塌的工程质量事故，大多数是由于没有准确掌握围岩压力导致的，一方面后序的质量修复工作耗费大量的人力、物力和财力，另一方面也给施工人员带来严重的安全隐患，极大影响企业的社会效益和经济效益。

长期以来，作用在支护结构上的围岩压力主要是通过现场实测和有限元软件参数反分析得到，其中有限元反演分析的假定条件过于理想化，适用于理论分析，分析结果很难应用于实际工程之中，因此现场埋设压力盒对围岩压力进行实测是相对有效的方法。

目前，压力盒的生产技术比较成熟，但如何将压力盒安装固定钢拱架上，并与围岩有效解除，最大程度的不受其他因素干扰，保证测量结果真实性、有效性还需深入研究。当下，隧道内拱架压力盒的安装方法主要采用焊接法，即将压力盒底面与拱架上表面焊接，此法简单直接，但受不确定因素影响太大，其中焊接产生的高温对压力盒内传感器的精度影响和残余应力对测量结果的影响均不可忽略，尤其在软岩隧道中，测量结果可信度极低。鉴于此，业内学者进行的深入研究，发明了多种安装固定装置，对比发现，改进的装置在一定程度上实现了压力盒的牢固安装和有效保护，但对于初始安装时压力盒与围岩的密贴性，非围岩压力对压力盒的受力影响，以及对测线的敷设保护方面考虑不足，使得隧道围岩压力的测量结果对于支护方案的设计和优化的指导作用大打折扣，甚至可能造成技术人员不能及时准确掌握围岩压力的演化过程，导致围岩压力过大，造成支护结构失稳破坏的质量和安全事故。

发明内容

本实用新型的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，实现隧道内围岩压力盒牢固有效安装在钢拱架的指定位置，结构简单，安装方便，实用性强。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，该结构分为承力头、传力段、固定段三部分。承力头是一个橡胶材质的切圆球面实心包体，采用橡胶材质减轻了装置的总重量，具有足够的抗压强度，底面开有深度2cm，面积与顶托等大的圆形凹槽，内涂粘结剂，保证与顶托相连牢固，承力头直接承受围岩压力，切圆球面形状可确保收集该范围内不同方向的围岩压力；传力段是此固定装置的核心组成部分，它是由顶托、伸缩套管、底托、消力弹簧组成，其中顶托平面为圆形，可牢固的卡到承力头下方的凹槽中，伸缩套管是内置螺纹，具有足够的抗压强度，可承受压力盒量程范围内的压力而不下移，伸缩距离根据具体的超挖量值进行调结，保证承力头与围岩密贴，伸缩套管两端分别与顶托和底托焊接，底托平面为圆面，底面焊接四个高度略小于压力盒高度一半的高强圆管，内径与弹簧外径等大的薄壁套筒，用来与消力弹簧相扣，消力弹簧的胡克系数根据装置自重、超挖情况和围岩破碎状况确定；固定段是由保护罩、固定底座组成，其中保护罩是由具有足够抗冲击强度的厚壁钢板围合而成，与底座周边焊接，并在管壁上开有半圆柱形凹槽，便于底托周边的鼓凸卡住，可上下自由滑动，固定底座底面开孔，孔径与压力盒测线相适应，便于沿型钢腹板敷设测线，底座与拱架采用螺栓连接，牢固固定在拱架上方。

进一步的，所涉及承力头底部为一圆柱形凹槽，内涂粘结剂，可与顶托牢固结合。

进一步的，所涉及伸缩套管内置螺纹，具有足够刚度和抗压强度。

进一步的，所涉及消力弹簧，在同一个装置内的材质及胡克系数均一致，上下端均套在小圆筒内。

具体的，所涉及固定底座上需开孔，便于在拱架腹板位置敷设压力盒测线。

具体的，所涉及压力盒保护罩采用足够抗冲击强度厚壁钢板围合而成。

本实用新型的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置与现有技术相比所产生的有益效果是：

本实用新型各组成部分连接简便，方便实用，通过设置消力弹簧，可有效消除非围岩压力对压力盒的影响；增设伸缩套管，可实现测量装置与围岩的密贴，有效解决超挖等因素引起的压力盒受力脱空。

附图说明

附图1是本实用新型的装置结构示意图；

附图2是本实用新型的实际应用示意图（一）；

附图3是本实用新型的实际应用示意图（二）；

附图4是本实用新型的实际安装示意图；

附图5是本实用新型的部件详图；

图中各标号表示：

1、承力头；2、顶托；3、伸缩套管；4、底托；5、薄壁套筒；6、消力弹簧；

7、厚壁钢板保护罩；8、底座；9、鼓凸；10、半圆柱形凹槽；11、固定螺栓；

具体实施方式：

为了更好的说明本实用新型，现结合具体实施例以及说明书附图对技术方案做进一步的说明。虽然实施例中记载了这些具体的实施方式，然其并非用以限定本实用新型，任何所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动和润饰，故本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

实施例一：

如附图1所示，该结构分为承力头、传力段、固定段三部分。承力头是一个橡胶材质的切圆球面实心包体，采用橡胶材质减轻了装置的总重量，具有足够的抗压强度，底面开有深度2cm，面积与顶托等大的圆形凹槽，内涂粘结剂，保证与顶托相连牢固，承力头直接承受围岩压力，切圆球面形状可确保收集该范围内不同方向的围岩压力；

传力段是此固定装置的核心组成部分，它是由顶托、伸缩套管、底托、消力弹簧组成，其中顶托平面为圆形，可牢固的卡到承力头下方的凹槽中，伸缩套管是内置螺纹，具有足够的抗压强度，可承受压力盒量程范围内的压力而不下移，伸缩距离根据具体的超挖量值进行调结，保证承力头与围岩密贴，伸缩套管两端分别与顶托和底托焊接，底托平面为圆面，底面焊接四个高度略小于压力盒高度一半的高强圆管，内径与弹簧外径等大的薄壁套筒，用来与消力弹簧相扣，消力弹簧的胡克系数根据超挖情况和围岩破碎状况确定；

固定段是由保护罩、固定底座组成，其中保护罩是由具有足够抗冲击强度的厚壁钢板围合而成，固定底座底面开孔，孔径与压力盒测线相适应，底座与拱架采用螺栓连接，牢固固定在拱架上方。

实施例二：

如附图2所示，拧紧固定底座螺栓，不得产生位移。安设围岩压力盒，通过底座开孔敷设测线至后期测量点位置。考虑装置自重、围岩的完整程度和喷层厚度选择消力弹簧，若围岩完整性好，岩体强度高，喷层厚度小，则选取胡克系数小的消力弹簧，反之，则选取胡克系数大的消力弹簧，在底座对应位置的圆管内安设消力弹簧，在将底托套在消力弹簧上，然后安设保护罩，顺槽插入。在承力头底面的凹槽内涂刷粘结剂，卡在顶托上方，保证连接牢固。

实施例三：

如附图3所示，为拱顶超挖量值偏小的情况，对比图2，表示了伸缩套管的伸长量对装置与围岩密贴作用的体现。

实施例四：

如附图4所示，在装置安装完成后，调节伸缩套管至弹簧压缩到底托与压力盒上凸缘相接触，至此，整个装置已经开始工作。将测线顺放至测量点，并设置醒目标志，用综合测试仪测读围岩压力盒的初始值并归零。

实施例五：

如附图5所示，保护罩是由具有足够刚度的厚壁钢板围合而成，内壁均匀开设四个圆柱形光滑凹槽，底托外表对应位置设四个设半球形鼓凸，保证二者可以牢固卡住，确保装置受力后向下滑移，压缩弹簧，使底托与围岩压力盒密切接触，确保底托传力的完整性和压力盒受力的及时性。

本实用新型可以用于隧道工程中围岩压力的测量，保护罩实现了对测量装置的良好保护，伸缩套管确保测量装置初始安装与围岩密贴，保证了对测量装置工作的有效性，消力弹簧有效消除了非围岩压力对压力盒的影响。准确量测作用在拱架上的围岩压力值，可对隧道支护方案的设计和优化提供指导作用。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是，受益于上面的描述，本技术领域的技术人员应该明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其他实施例。

此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说，许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，本实用新型所做的公开是说明性的而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，该结构分为承力头、传力段、固定段三部分，其特征在于，所述承力头是一个橡胶材质的切圆球面实心包体，具有足够的抗压强度，底面开有深度2cm，大小与顶托相等的凹槽，便于与传力段相连，承力头直接承受围岩压力，切圆球面形状可确保收集该范围内不同方向的围岩压力，橡胶材质减轻了装置的重量；所述传力段是此固定装置的核心组成部分，它是由顶托、伸缩套管、底托、消力弹簧组成，其中顶托平面为圆形，可卡到承力头下方的凹槽中，为增强连接牢固性，可在凹槽中涂刷粘结剂，伸缩套管是内置螺纹，具有足够的抗压强度，伸缩距离根据具体施工工况可调，伸缩套管两端分别与顶托和底托焊接，底托平面为圆面，底面焊接四个高度略小于压力盒高度一半的高强圆管，内径与弹簧外径等大的薄壁套筒，用来与消力弹簧相扣，消力弹簧的胡克系数根据装置自重、超挖情况和围岩破碎状况确定；固定段是由保护罩、固定底座组成，其中保护罩是由具有足够抗冲击强度的厚壁钢板围合而成，与底座周边焊接，并在管壁上开有半圆柱凹槽，便于底托周边的鼓凸卡住，可上下自由滑动，固定底座与拱架采用螺栓连接，固定在拱架上方。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，其特征在于,所述的承力头是橡胶材质，在不影响传力的前提下，可产生一定的形变，在减轻装置重量的同时，对整个装置起到一定的保护作用。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，其特征在于,所述伸缩套管可以调整伸缩距离使其有效适应围岩超挖导致压力盒受力脱空现象。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，其特征在于,所述消力弹簧可以有效消除非围岩压力引起的测量误差，并在压力盒工作之前，对整个装置起到一定的缓冲作用，使围岩压力均匀缓慢的作用到压力盒上。

5.根据权利要求1所述的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，其特征在于,所述保护罩可有效保护消力弹簧和压力盒不受喷浆的冲击力和喷层的重力引起传感器的损伤或测量误差。

6.根据权利要求1所述的一种用于测量隧道围岩压力的压力盒安装固定装置，其特征在于,所述固定底座与压力盒自然压紧，无需焊接，防止焊接产生的高温对压力盒内置传感器的精度影响和残余应力对测量结果的误判。

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