CN216043679U - 用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，合金外壳与合金内壳固定连接；吊装孔与合金外壳连接；液位传感器与合金外壳固定连接；顶部湿度计与合金外壳固定连接；底部湿度计与合金外壳固定连接；侧湿度计与弧形钢板固定连接；液压伸缩机构与合金内壳固定连接；电流表与合金外壳固定连接；单片机与液压油缸筒连接；液压控制器与合金外壳连接；油压管线与液压油缸筒、液压油箱连接；液压油箱与合金外壳连接；超声放大器与合金外壳连接；超声收发器与超声放大器连接；导线与超声收发器、单片机、电池连接；电池与合金外壳连接。本实用新型可以用于泥岩地层勘探孔封孔质量的长期监测，能够保障勘探孔附近构筑物的长期安全性。

Description

用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置

技术领域

本实用新型属于盾构施工技术领域，尤其是涉及一种用于监测处于泥岩地层的隧道勘探孔封孔质量的环形智能装置。

背景技术

城市建筑和公共设施的建造离不开基础工程，在基础工程施工前，我们需要对基础所在区域的地层进行一定的勘察。现有的工程地质勘察手段有钻探、坑探、地球物理勘探等。钻探是其中常用的勘察手段，钻探需要将钻头打入地层，在钻探完成后会留下垂直于地面的钻探孔。

根据现行的规范和标准，钻探完成后，我们应对勘探孔进行封孔，通常采用注浆填充处理，但是目前对封孔处理质量的监测手段较为匮乏。若封孔不严、质量不佳，将会导致强度不足、渗水等工程风险。泥岩是一种遇水易松散崩解的沉积岩，在我国有广泛的分布。若盾构勘探孔封孔不严，地面水沿孔洞进入泥岩层，使得泥岩崩解，则盾构施工至勘探孔处易发生塌孔、渗水等灾害，甚至会导致严重的生产事故。现阶段对勘探孔封孔质量的检测主要集中在强度和密实度方面，对勘探孔封孔后的渗漏水情况监测较少，而且暂无对泥岩地层勘探孔壁崩解的监测手段。

发明内容

为了克服现有的封孔质量监测装置缺少对勘探孔封孔后渗漏水情况的监测，没有对泥岩地层勘探孔壁崩解的监测手段，无法全面地对勘探孔封孔质量进行长期监测的问题，实现泥岩地层勘探孔封孔质量的实时监测以及孔壁崩解的智能预警，提高工程施工的质量，保障附近构筑物的长期安全，本实用新型提供了用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，不但可以用于泥岩地层勘探孔封孔质量的长期监测，而且具有智能预警、数据回传的功能，能够保障勘探孔附近构筑物的长期安全性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，包括合金外壳、合金内壳、吊装孔、液位感应器、顶部湿度计、底部湿度计、侧湿度计、液压伸缩机构、弧形钢板、电流表、单片机、液压控制器、油压管线、液压油箱、超声放大器、超声收发器、导线和电池，所述合金外壳与合金内壳固定连接；吊装孔与合金外壳连接；液位传感器与合金外壳固定连接；顶部湿度计与合金外壳固定连接；底部湿度计与合金外壳固定连接；侧湿度计与弧形钢板固定连接；液压伸缩机构与合金内壳固定连接；电流表与合金外壳固定连接；单片机与液压油缸筒连接；液压控制器与合金外壳连接；油压管线与液压油缸筒、液压油箱连接；液压油箱与合金外壳连接；超声放大器与合金外壳连接；超声收发器与超声放大器连接；导线与超声收发器、单片机、电池连接；电池与合金外壳连接。

进一步，所述液压伸缩机构包括液压油缸筒、活塞、活塞柱、挡板、高强弹簧、电刷、顶针和万向滚珠，液压油缸筒与合金内壳固定连接；活塞与活塞柱连接；活塞柱穿过液压油缸筒的圆孔；挡板与活塞柱固定连接；高强弹簧与挡板连接；电刷与活塞柱连接；顶针穿过活塞柱上的圆孔，并穿过电刷之间的空隙；万向滚珠嵌入顶针上的孔位；弧形钢板与万向滚珠固定连接。

优选的，液压油缸筒与合金内壳通过焊接连接；活塞与活塞柱通过粘合剂连接；活塞柱穿过液压油缸筒的圆孔；挡板与活塞柱通过焊接连接；高强弹簧与挡板通过焊接连接；电刷与活塞柱通过焊接连接；顶针穿过活塞柱上的圆孔，并穿过电刷之间的空隙；万向滚珠嵌入顶针上的孔位；弧形钢板与万向滚珠通过焊接连接。

更进一步，所述装置还包括定滑轮和注浆管，所述定滑轮与注浆管连接。

所述合金外壳与合金内壳通过粘合剂连接；吊装孔与合金外壳通过焊接连接；液位传感器与合金外壳通过焊接连接；顶部湿度计与合金外壳通过焊接连接；底部湿度计与合金外壳通过焊接连接；侧湿度计与弧形钢板通过焊接连接；液压伸缩机构与合金内壳通过焊接连接。

本实用新型的有益效果主要表现在：(1)智能化监测预警。本装置内置了单片机以及由超声收发器、超声放大器与地面监测站组成的信息传输系统，能够实现监测数据的实时上报、操作指令的实时下发以及智能的实时预警，有助于保障附近构筑物的长期安全。(2)不破坏封孔完整性。本装置采用扁平化的环形设计，注浆时可将装置整体浇筑在浆液中，使得勘探孔封孔的完整性不被破坏，避免了装置本身对勘探孔封孔质量的不良影响。(3)适应能力强，操作简便。本装置采用液压系统，通过单片机的控制，能够根据勘探孔实际的孔径调整活塞的伸出量，能够适配多种孔径的勘探孔，有较好的适应性和简便性。

附图说明

图1是用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置的主视图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1的俯视图。

图4是图1的仰视图。

图5是图1的A-A截面图。

图6是图1的B-B截面图。

图7是图1的C-C截面图。

图8是图1的D-D截面图。

图9是图1的E-E截面图。

图10是液压伸缩机构图。

图11是开挖勘探孔的状态图。

图12是准备下放的状态图。

图13是下放注浆管、装置的状态图。

图14是下放至孔底的状态图。

图15是注浆、提升的状态图。

图16是停止注浆、下放监测装置的状态图。

图17是展开监测装置的状态图。

图18是提升注浆孔、继续注浆的状态图。

图19是切断吊装绳索的状态图。

图20是提升注浆孔、继续注浆的状态图。

图21是封顶、封孔结束的状态图。

图22是展开监测装置详图，其中，(a)是监测装置准备展开、(b)是活塞伸出至弧形钢板接触孔壁、(c)是活塞继续伸出至高强弹簧压缩。

图23是监测原理图。

图24是实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1，一种用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，包括合金外壳1、合金内壳2、吊装孔3、液位感应器4、顶部湿度计5、底部湿度计6、侧湿度计7、液压伸缩机构8、液压油缸筒9、活塞10、活塞柱11、挡板12、高强弹簧13、电刷14、顶针15、万向滚珠16、弧形钢板17、电流表18、单片机19、液压控制器20、油压管线21、液压油箱22、超声放大器23、超声收发器24、导线25、电池26、泥岩地层27、泥岩崩解塌方28、勘探孔29、环形监测装置30、注浆管31、吊装绳索32、定滑轮33、封孔盖34、泥浆35和地面监测站36。

其中，合金外壳1与合金内壳2通过粘合剂连接；吊装孔3与合金外壳1通过焊接连接；液位传感器4与合金外壳1通过焊接连接；顶部湿度计5与合金外壳1通过焊接连接；底部湿度计6与合金外壳1通过焊接连接；侧湿度计7与弧形钢板17通过焊接连接；液压伸缩机构8与合金内壳2通过焊接连接；液压油缸筒9与合金内壳2通过焊接连接；活塞10与活塞柱11通过粘合剂连接；活塞柱11穿过液压油缸筒9的圆孔；挡板12与活塞柱11通过焊接连接；高强弹簧13与挡板12通过焊接连接；电刷14与活塞柱11通过焊接连接；顶针15穿过活塞柱11上的圆孔，并穿过电刷14之间的空隙；万向滚珠16嵌入顶针15上的孔位；弧形钢板17与万向滚珠16通过焊接连接；电流表18与合金外壳1通过焊接连接；单片机19与液压油缸筒9通过粘合剂连接；液压控制器20与合金外壳1通过焊接连接；油压管线21与液压油缸筒9、液压油箱22连接；液压油箱22与合金外壳1通过焊接连接；超声放大器23与合金外壳1通过焊接连接；超声收发器24与超声放大器23通过粘合剂连接；导线25与超声收发器23、单片机19、电池26连接；电池26与合金外壳1通过粘合剂连接；定滑轮33与注浆管31通过焊接连接。

某钻探勘察工程，根据勘探孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，盾构区间的土层参数如表1所示。由于勘探工作的必要性，盾构区间内存在大量的勘探孔，若雨水沿封孔不良的勘探孔渗流至泥岩地层，将会导致泥岩崩解，进而影响附近构筑物。因此需要对勘探孔的封孔质量进行长期监测，而目前尚无可以实现泥岩地层勘探孔封孔质量监测预警的装置，采用用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置可以实现对泥岩地层勘探孔封孔质量的长期监测和智能预警，有效保障邻近构筑物的安全和质量。表1为实施例土层参数。

表1

本实施例装置部署的过程如下：

(a)开挖勘探孔。根据勘探工作的需要以及设计，勘探孔29深度为31米，采用XY-200型钻机，开挖勘探孔29，勘探孔29直径200mm。

(b)确定装置下放深度。根据开挖勘探孔29后取样得到的岩芯，确定装置大致下放深度为22～23米，位于中风化钙质泥岩土层27中。

(c)确定设备关键参数。根据勘探孔29的直径，确定装置合金外壳1直径为170mm，合金内壳2直径为100mm，高度为50mm。

(d)准备下放监测装置。将注浆管31套入环形监测装置30，将吊装绳索32一端与吊装孔3连接，另一端穿过定滑轮33后固定于注浆管31上端。

(e)下放注浆管。将注浆管31匀速下放至勘探孔29的底部。

(f)底部注浆。将泥浆35沿注浆管31注入勘探孔29的底部，同时提升注浆管31与环形监测装置30。当提升注浆管31与环形监测装置30至22.5米深度时，停止注浆。

(g)下放监测装置。保持注浆管31位置不变，缓慢释放吊装绳索32，使得环形监测装置30下降。当液位传感器4检测到泥浆35时，固定吊装绳索32。

(h)展开监测装置。启动液压控制器20，将液压油箱22内的液压油泵入液压油缸筒9内，推动活塞10，使弧形钢板17向着勘探孔壁伸出。当侧湿度计7接触勘探孔壁时，继续泵入液压油，此时高强弹簧13被压缩，电刷14远离顶针15的尾部。由于顶针15存在电阻，电流表18测得的电流减小。当电刷14移动至顶针15凹槽的中点时，停止泵入液压油。

(i)提升注浆管，继续注浆。向注浆管31内注入泥浆35，同时保持吊装绳索32顶部位置不动，提升注浆管31，提升高度等于装置高度50mm。

(j)切断吊装绳索31。

(k)提升注浆管31，继续向注浆管31中注入泥浆35，直至注浆管31提升至勘探孔29的顶部。

(l)封顶。停止注浆，移除注浆管31，盖上勘探孔29封孔盖34，封孔完毕。

本实施例监测预警的过程为

(a)封顶完毕后，开启侧湿度计7、顶部湿度计5、底部湿度计6。保持液压油缸筒9内压力稳定，监测电流表18所示电流变化。

(b)某一时刻，由于封孔质量不佳，地表水沿勘探孔29渗流而下，勘探孔29内湿度升高。

(c)装置顶部湿度计5、底部湿度计6与侧湿度计7监测到湿度变化，触发湿度预警，预警信息由单片机19通过超声收发器24与超声放大器23传递至地面监测站36。

(d)如监测原理详图所示，接下来的某一时刻，装置监测深度处泥岩地层27遇水发生泥岩崩解塌方28。

(e)由于高强弹簧13的作用，弧形钢板17向外移动，电刷14逐渐接近顶针15的尾部，电流表18监测到的电流值增大。

(f)电流值的增大触发崩解预警，预警信息由单片机19通过超声收发器24与超声放大器23传递至地面监测站34。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，其特征在于，所述装置包括合金外壳、合金内壳、吊装孔、液位感应器、顶部湿度计、底部湿度计、侧湿度计、液压伸缩机构、弧形钢板、电流表、单片机、液压控制器、油压管线、液压油箱、超声放大器、超声收发器、导线和电池，所述合金外壳与合金内壳固定连接；吊装孔与合金外壳连接；液位传感器与合金外壳固定连接；顶部湿度计与合金外壳固定连接；底部湿度计与合金外壳固定连接；侧湿度计与弧形钢板固定连接；液压伸缩机构与合金内壳固定连接；电流表与合金外壳固定连接；单片机与液压油缸筒连接；液压控制器与合金外壳连接；油压管线与液压油缸筒、液压油箱连接；液压油箱与合金外壳连接；超声放大器与合金外壳连接；超声收发器与超声放大器连接；导线与超声收发器、单片机、电池连接；电池与合金外壳连接。

2.如权利要求1所述的用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，其特征在于，所述液压伸缩机构包括液压油缸筒、活塞、活塞柱、挡板、高强弹簧、电刷、顶针和万向滚珠，液压油缸筒与合金内壳固定连接；活塞与活塞柱连接；活塞柱穿过液压油缸筒的圆孔；挡板与活塞柱固定连接；高强弹簧与挡板连接；电刷与活塞柱连接；顶针穿过活塞柱上的圆孔，并穿过电刷之间的空隙；万向滚珠嵌入顶针上的孔位；弧形钢板与万向滚珠固定连接。

3.如权利要求2所述的用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，其特征在于，液压油缸筒与合金内壳通过焊接连接；活塞与活塞柱通过粘合剂连接；活塞柱穿过液压油缸筒的圆孔；挡板与活塞柱通过焊接连接；高强弹簧与挡板通过焊接连接；电刷与活塞柱通过焊接连接；顶针穿过活塞柱上的圆孔，并穿过电刷之间的空隙；万向滚珠嵌入顶针上的孔位；弧形钢板与万向滚珠通过焊接连接。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，其特征在于，所述装置还包括定滑轮和注浆管，所述定滑轮与注浆管连接。

5.如权利要求1～3中任意一项所述的用于泥岩地层的勘探孔封孔质量环形监测装置，其特征在于，所述合金外壳与合金内壳通过粘合剂连接；吊装孔与合金外壳通过焊接连接；液位传感器与合金外壳通过焊接连接；顶部湿度计与合金外壳通过焊接连接；底部湿度计与合金外壳通过焊接连接；侧湿度计与弧形钢板通过焊接连接；液压伸缩机构与合金内壳通过焊接连接。

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