CN216816298U - 一种盾构隧道原位岩土参数测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体公开了一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，包括发射系统、接收系统和后处理模块，发射系统、接收系统和后处理模块均固定在盾构隧道刀盘前端，接收系统与后处理模块连接，发射系统包括发射机和发射换能器，发射换能器上设有晶片，接收系统包括接收机和接收换能器。本实用新型装置能够测定真实应力状态下的岩土体的泊松比和动态弹性模量等参数，且可随着盾构开挖跟进实时测定，提高盾构隧道施工安全性。

Description

一种盾构隧道原位岩土参数测定装置

技术领域

本实用新型属于岩土与城市地下工程灾害防控领域，尤其涉及一种盾构隧道原位岩土参数测定装置。

背景技术

我国基础设施建设正如火如荼进行，城市地下空间利用依然是重点，其中不少工程涉及到盾构开挖隧道。盾构隧道的围岩参数是设计支护的重要依据，现有的参数多依赖于勘察或室内试验等数据。现有传统方法存在如下弊端：(1)勘察或室内试验不能获取岩土体的真实应力状态，由于勘察后取出的岩土体都为扰动后岩土体，因而其真实应力状态并未真实考虑或反映；(2)勘察数据多为少量样本，而岩土体存在复杂多变性，因而真实参数信息并未体现；(3)传统手段获取参数耗时长且需要不少人力物力投入。因而发明一种真实应力状态下的快速岩土体参数获取装置具有重要现实意义。

弹性模量和泊松比是计算岩土力学性质的重要参数。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。泊松比是指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。

授权公告号为CN106909759B的专利提出一种页岩地层PDC钻头机械钻速预测方法及装置，该专利根据测定的横波声波时差和纵波声波时差确定动态弹性模量和动态泊松比。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，该装置能够获取真实应力状态下的岩土体的泊松比和动态弹性模量参数，且可随着盾构开挖跟进实时获取，以提高盾构隧道施工安全性。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，包括发射系统、接收系统和后处理模块，所述发射系统、接收系统和后处理模块均固定在盾构隧道刀盘前端，所述接收系统与后处理模块连接，所述发射系统包括发射机和发射换能器，所述发射换能器上设有晶片，所述接收系统包括接收机和接收换能器，所述后处理模块上设有示波管屏幕，所述示波管屏幕用于显示波形。

进一步，所述发射机为声源讯号发射器，用于向发射换能器输送电脉冲。

进一步，所述接收机为信号放大器，用于放大电子讯号。

本实用新型有益效果在于：

本实用新型装置能够测定真实应力状态下的岩土体的泊松比和动态弹性模量参数，且可随着盾构开挖跟进实时测定，提高盾构隧道施工安全性。

附图说明

图1为本实用新型整体的布置图。

图2为本实用新型盾构隧道原位岩土参数测定装置的结构框图。

图3为本实用新型的测试孔示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：1、发射系统；11、发射机；12、发射换能器；2、接收系统；21、接收换能器；22、接收机；3、后处理模块；4、隧道断面；5、测试孔；6、盾构隧道刀盘。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例基本如附图1和附图3所示：一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，包括发射系统1、接收系统2和后处理模块3，发射系统1、接收系统2和后处理模块3均固定在盾构隧道刀盘6前端，接收系统2与后处理模块3连接；发射系统1包括发射机11和发射换能器12，发射换能器12上设有晶片，发射机11为声源讯号发射器，用于向发射换能器12输送电脉冲，激励发射换能器12的晶片，使之振动而产生声波；接收系统2包括接收机22和接收换能器21，接收换能器21用于接收声波，并将声波转换成电子讯号，接收机22为信号放大器，用于放大电子讯号。接收机22与后处理模块3连接，后处理模块3上设有示波管屏幕，示波管屏幕用于显示波形，后处理模块3用于处理声波测试信息的转换。

具体实施过程如下：

步骤一，每次盾构隧道掘进前，先启动固定于盾构隧道刀盘上的钻机钻取12个测试孔5，孔径为4cm,孔深为1m,沿着隧道断面4环向布置，如图3所示。

步骤二，通过发射系统1的发射机11将声源讯号发射，即由向压电材料制成的发射换能器12输送电脉冲，激励发射换能器12的晶片，使之振动而产生声波，向测试围岩发射。

步骤三，声波在岩体中以弹性波形式传播后，由接收系统2的接收换能器21加以接收，该接收换能器21将声能转换成电子讯号送到接收机22，接收机22可将讯号放大后在后处理模块3的示波管屏幕上显示波形。

步骤四，后处理模块3将声波测试信息转换成岩土体的泊松比和动态弹性模量等参数并输出。

利用声波测定岩土泊松比和动态弹性模量参数是本领域常规技术手段，岩土体参数不仅与本身材料属性有关，与其赋存环境也存在关联。本实用新型采用声波测试可以获取有利参数信息，同时测试可随着盾构开挖实时进行，解决耗时长，精度不够等问题。

本实用新型通过多个测孔测得隧道掌子面前方围岩岩土体参数，通过数据采集和处理后得到岩土体的泊松比和动态弹性模量参数均值和标准差，然后以报告形式反馈给隧道施工项目组，施工作业队伍或设计院人员根据报告，合理设计支护方案，提高安全性。本实用新型装置测定简单，具备实时跟进特点，最突出的特点是能够获取真实应力状态下的岩土体的泊松比和动态弹性模量等参数，具备保压属性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (3)

1.一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，其特征在于：包括发射系统(1)、接收系统(2)和后处理模块(3)，所述发射系统(1)、接收系统(2)和后处理模块(3)均固定在盾构隧道刀盘(6)前端，所述接收系统(2)与后处理模块(3)连接，所述发射系统(1)包括发射机(11)和发射换能器(12)，所述发射换能器(12)上设有晶片，所述接收系统(2)包括接收机(22)和接收换能器(21)，所述后处理模块(3)上设有示波管屏幕，所述示波管屏幕用于显示波形。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，其特征在于：所述发射机(11)为声源讯号发射器，用于向发射换能器输送电脉冲。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道原位岩土参数测定装置，其特征在于：所述接收机(22)为信号放大器，用于放大电子讯号。

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