CN216899545U - 一种用于隧道模型的注射监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于隧道模型的注射监测装置，包括蓄水池，所述蓄水池上竖直设置有多根多功能管，所述多功能管的一端伸入所述蓄水池内并连通有三通阀，所述三通阀的另外两个接口分别连通于注水管和注浆管；所述多功能管包括内套管和外套管，所述内套管的一端插接在所述外套管的内部并通过螺栓固定，所述内套管未套设在所述外套管内的一端上还设有多个安装盒，多个所述安装盒内均设置有孔隙水压计，所述蓄水池的底部还设置渗入孔；该装置能够通过孔隙水压计还能对整个注水和注浆的过程中的水压进行监测，有效的将注水、注浆和检测水压力三个功能集于一身，增加了三个过程的紧密型和关联性，以确保试验结果的准确性。

Description

一种用于隧道模型的注射监测装置

技术领域

本实用新型涉及到隧道模型试验技术领域，具体涉及到一种用于隧道模型的注射监测装置。

背景技术

近年来，随着我国修建山岭隧道数量的增多，隧道在施工过程中所遇地质情况愈发复杂，隧道涌水的地质灾害也在隧道工程中频发，其中富水断层破碎带就是导致隧道涌水灾害发生的重要地质因素之一。为了治理富水断层破碎带隧道涌水灾害，众多学者提出了预注浆加固的处治方法，但针对于不同的隧道涌水工程情况如何选择注浆参数和注浆材料仍需研究。由于破碎带一般规模较大，水量丰富，现场试验实施困难，故为了得到特定工程的注浆参数和注浆材料，通常采取的方法就是模型试验。而模型试验中如何向模拟的破碎带中注水、注浆，监测水压力的变化又成为了需要解决的问题。目前现有的技术手段为将注水、注浆和监测水压力分为三个系统去实施，注水为了操作方便通常采用大直径的圆柱形水管向破碎带的中心位置注水，通过水在破碎带内的扩散完成整个注水过程；注浆采用提前在破碎带内指定位置预埋注浆管，通过注浆管向破碎带内注浆；监测水压力采用预埋水压计的方式来监测每个阶段水压力的变化。

公告号为CN107024564A的中国发明专利公开了一种用于隧道突水模型试验的承载供水装置及其使用方法，包括承载供水槽，所述承载供水槽包括顶板、底板和侧板，所述顶部、底板分别和侧板焊接连接，所述顶板的四角均设有进水孔；所述承载水槽的内部设有多个横向肋板和纵向肋板，所述横向肋板和纵向肋板之间的连接方式为“十”形拼接，所述底板上设有多个均匀分布的渗水孔，所述承载供水槽的内部中央设有一个起吊圆筒，所述顶板上还设有两个排气孔。

上述技术方案也是通过将注水系统单独进行布置使用，同时使供水槽带有一定的承载功能，且通过供水槽底部设置的渗水孔使注水更加均匀，但是该装置只能对注水进行单独控制，注浆和监测水压力的过程都是独立的，将会导致模型试验关联性、紧密性不够，试验结果容易产生偏差。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于隧道模型的注射监测装置，不仅能够使注水和注浆在破碎带分布的更加均匀，还能使其在注水过程中可以全过程监测水压力的变化，改变原有的注水、注浆和检测水压力三个系统独立的实施方式，将三者的功能集于一身，增加三个过程的紧密型和关联性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于隧道模型的注射监测装置，包括蓄水池，所述蓄水池上竖直设置有多根多功能管，所述多功能管的一端伸入所述蓄水池内并连通有三通阀，所述三通阀的另外两个接口分别连通于注水管和注浆管；所述多功能管包括内套管和外套管，所述内套管的外径小于所述外套管的内径，且所述外套管的顶部穿过所述蓄水池连通于所述三通阀，所述内套管和所述外套管上均设置有多个大小相同的螺栓孔，所述内套管的一端插接在所述外套管的内部并通过螺栓固定，所述内套管未套设在所述外套管内的一端上还设有多个安装盒，多个所述安装盒内均设置有孔隙水压计，所述内套管上还设置有多个注水孔，所述蓄水池的底部还设置渗入孔。

该装置不仅能够三通阀对断层破碎带分别进行注水和注浆，还能通过新型多功能底部设置的孔隙水压计还能对整个注水和注浆的过程中的水压进行监测，有效的将注水、注浆和检测水压力三个功能集于一身，增加了三个过程的紧密型和关联性，以确保试验结果的准确性，渗水孔便于工作人员直接通过蓄水池朝破损带进行注水，加快了注水速度的同时还能保障注水的均匀性，使用效果好。

可选的，所述蓄水池的左右两侧分别设置液面控制孔，所述蓄水池的底部还设置渗入孔。

液面控制孔便于工作人员观察破损带内的水位情况，当破碎带内充满水后，水会从液面控制孔内溢出。

可选的，所述内套管的长度为所述外套管上的两倍，且所述外套管的顶部与所述三通阀连接处还设置有丝扣。

丝扣连接又称为螺纹连接，是一种可拆式固定连接，不仅结构简单，连接可靠，装拆方便，而且还不受材料的限制，加工方便。

可选的，所述安装盒为多块实心铁板组合的矩形箱体，所述安装盒内壁与所述孔隙水压计之间设置缓冲垫，所述安装盒的外侧设置有限位框架，所述限位框架的左右面设置为加密钢筋网，所述限位框架的其他面均设置为实心板，其中一块所述实心板上滑动安装有盖板。

安装盒能够为孔隙水压计提供稳定的安装位置，还能防止外界的压力导致孔隙水压计损坏，同时内部设置的缓冲垫还能防止水压计在安装盒内产生晃动；限位框架能够通过盖板进行打开或关闭安装盒，防止在注浆时，浆液粘附在安装盒内，影响安装盒内的孔隙水压计检测精度。

可选的，所述安装盒靠近所述内套管一侧设置有固定端并穿透所述内套管，所述固定端上设置螺栓组使所述安装盒固定安装于所述内套管上。

通过螺栓固定安装的方式，不仅安装拆卸方便，而且结构简单，连接牢靠，使用成本低。

可选的，所述限位框架上设置有滑槽，所述盖板滑动安装于所述限位框架内，且所述盖板顶部竖直设置有连接筋，所述连接筋朝上延伸至所述蓄水池上方。

工作人员可以通过设备或人为进行拉伸或下压连接筋，就能使盖板在限位框架上进行滑动，便于在注浆工序前后，进行水压检测，且该结构简单，操作方便。

可选的，所述注浆管和所述注水管均为防爆尼龙高压软管。

防爆尼龙高压软管不仅表面光滑，阻力小，能够防止生锈和产生水垢，而且还能耐很多化学特质的腐蚀，渗透率小，使用寿命长，获取容易。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该装置不仅能够三通阀对断层破碎带分别进行注水和注浆，还能通过新型多功能底部设置的孔隙水压计还能对整个注水和注浆的过程中的水压进行监测，有效的将注水、注浆和检测水压力三个功能集于一身，增加了三个过程的紧密型和关联性，以确保试验结果的准确性，渗水孔便于工作人员直接通过蓄水池朝破损带进行注水，加快了注水速度的同时还能保障注水的均匀性，使用效果好；

2、安装盒能够为孔隙水压计提供稳定的安装位置，还能防止外界的压力导致孔隙水压计损坏，同时内部设置的缓冲垫还能防止水压计在安装盒内产生晃动；限位框架能够通过盖板进行打开或关闭安装盒，在注浆时，有效防止浆液粘附在安装盒内，避免影响安装盒内的孔隙水压计检测精度。

附图说明

图1为本实用新型蓄水池的结构示意图；

图2为本实用新型三通阀的结构示意图；

图3为本实用新型安装盒的结构示意图；

图4为本实用新型限位框架的结构示意图；

图中：1、蓄水池；2、三通阀；3、外套管；4、内套管；5、安装盒；6、孔隙水压计；7、注水孔；8、渗入孔；9、液面控制孔；10、丝扣；11、固定端；12、限位框架；13、盖板；14、钢筋网；15、连接筋；16、注浆管；17、注水管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1-4所示，一种用于隧道模型的注射监测装置，包括蓄水池1，蓄水池1上竖直设置有多根多功能管，多功能管的一端伸入蓄水池1内并连通有三通阀2，三通阀2的另外两个接口分别连通于注水管17和注浆管16；多功能管包括内套管4和外套管3，内套管4的外径小于外套管3的内径，且外套管3的顶部穿过蓄水池1连通于三通阀2，内套管4和外套管3上均设置有多个大小相同的螺栓孔，内套管4的一端插接在外套管3的内部并通过螺栓固定，内套管4未套设在外套管3内的一端上还设有多个安装盒5，多个安装盒5内均设置有孔隙水压计6，内套管4上还设置有多个注水孔7，蓄水池1的底部还设置渗入孔8；该装置不仅能够三通阀2对断层破碎带分别进行注水和注浆，还能通过新型多功能底部设置的孔隙水压计6还能对整个注水和注浆的过程中的水压进行监测，有效的将注水、注浆和检测水压力三个功能集于一身，增加了三个过程的紧密型和关联性，以确保试验结果的准确性，渗水孔便于工作人员直接通过蓄水池1朝破损带进行注水，加快了注水速度的同时还能保障注水的均匀性，使用效果好。

蓄水池1的左右两侧分别设置液面控制孔9，蓄水池1的底部还设置渗入孔8，液面控制孔9便于工作人员观察破损带内的水位情况，当破碎带内充满水后，水会从液面控制孔9内溢出。

内套管4的长度为外套管3上的两倍，且外套管3的顶部与三通阀2连接处还设置有丝扣10，丝扣10连接又称为螺纹连接，是一种可拆式固定连接，不仅结构简单，连接可靠，装拆方便，而且还不受材料的限制，加工方便。

安装盒5为多块实心铁板组合的矩形箱体，安装盒5内壁与孔隙水压计6之间设置缓冲垫，安装盒5的外侧设置有限位框架12，限位框架12的左右面设置为加密钢筋网14，限位框架12的其他面均设置为实心板，其中一块实心板上滑动安装有盖板13，安装盒5能够为孔隙水压计6提供稳定的安装位置，还能防止外界的压力导致孔隙水压计6损坏，同时内部设置的缓冲垫还能防止水压计在安装盒5内产生晃动；限位框架12能够通过盖板13进行打开或关闭安装盒5，防止在注浆时，浆液粘附在安装盒5内，影响安装盒5内的孔隙水压计6检测精度。

安装盒5靠近内套管4一侧设置有固定端11并穿透内套管4，固定端11上设置螺栓组使安装盒5固定安装于内套管4上，通过螺栓固定安装的方式，不仅安装拆卸方便，而且结构简单，连接牢靠，使用成本低。

限位框架12上设置有滑槽，盖板13滑动安装于限位框架12内，且盖板13顶部竖直设置有连接筋15，连接筋15朝上延伸穿过渗入孔8伸出蓄水池1，工作人员可以通过设备或人为进行拉伸或下压连接筋15，就能使盖板13在限位框架12上进行滑动，便于在注浆工序前后，进行水压检测，且该结构简单，操作方便。

注浆管16和注水管17均为防爆尼龙高压软管，防爆尼龙高压软管不仅表面光滑，阻力小，能够防止生锈和产生水垢，而且还能耐很多化学特质的腐蚀，渗透率小，使用寿命长，获取容易。

本申请的使用步骤如下所示：

(1)预制部件；预制的构件主要包括使用薄钢板焊接成的高度为40cm的尺寸蓄水池1，将薄壁钢管作为外套管3，外套管3顶部预制螺纹，直径略小于外部套管的薄壁钢管作为内外部套管12的内部套管，内套管4底部设置成锥状，用薄钢板焊接成左右两面不封闭的矩形箱，并将一块宽度和高度与安装盒5一致的薄钢板作为安装盒5可拆卸盖板13，用薄钢板焊接制成盖板13限位框架12，并在顶部设置开口，盖板13限位框的两面焊接钢筋网14，框架宽度与安装盒5宽度一致，长度大于盖板13即可，高度取安装盒5高度的二倍；蓄水池1的平面尺寸与模型试验中断层破碎带的尺寸一致的，左右两侧分别钻取一排等间距的液面控制孔9，孔的直径取5cm，蓄水池1下部钻取水池渗入孔8，孔的直径和间距与液面控制孔9一致。再将外套管3和内套管4的上部相同位置钻四个等间距的螺栓孔，并通过六角螺栓穿过两个钢管上不同位置的螺栓孔进行连接固定，再根据螺栓孔直径的大小和间距在两个薄壁钢管的周边进行钻孔，作为多功能管的注浆孔；

(2)安装孔隙水压计6；在多功能管上进行打孔，使安装盒5上下两面的伸出部分穿过多功能管，并对插入部分进行钻孔，利用螺栓组将其固定；然后将孔隙水压计6放入安装盒5内，且带有传感器的一面朝上，水压计连接线通过多功能管的开口进入到多功能管内，再通过最上部的螺栓孔穿出，最后通过蓄水池1下部的水池渗入孔8穿出到外部，与外部电脑连接；孔隙水压计6安装好后，再取预制好的盖板13限位框架12，将其直接焊接在安装盒515的右侧，且需保证安装盒5的四面均插入限位框架12一定长度，然后在盖板13顶部焊接连接筋15，连接筋15顶端穿过渗水孔延伸至蓄水池1上方，连接筋15为钢筋；盖板13需密贴水压计安装盒5，并保证盖板13可以在限位框架12内自由滑动，并预制连接筋15的塑料保护套，再按照上述步骤，在多功能管上左右交错共安装三个安装盒5，并放入孔隙水压计6；

(3)安装多功能管；在蓄水池1下方钻孔，钻孔位置一排取三个，设置两排，两孔之间的距离不小于3倍的多功能管直径，钻孔的大小略大于多功能管的直径，安装六个多功能管，并按照步骤(2)在每根多功能管上安装三个安装盒5，并放入孔隙水压计6，将准备好的六个三通阀2下方直接连接多功能管的丝扣10，三通阀2的左侧连接注水管17的接头，右侧连接注浆管16的接头，通过三通阀2来控制注水管17和注浆管16与多功能管之间的连通；

(4)进行试验；向模型箱内非断层破碎带部分进行填土，此部分填土完毕后，根据断层破碎带的填土高度调整多功能管的长度，多功能管长度调整完毕后，将多功能水槽放置在断层破碎带内的指定位置，开始向断层破碎带内填土，待填土完毕后，即完成了整个模型箱的填土和多功能水槽的安装。将三通管的左侧注水管17直接连接实验室内水龙头，右侧注浆管16连接注浆机，预埋的多功能管中的孔隙水压计6连接线连接数据输出设备，开始进行水压力的监测，一切准备就绪后打开三通管阀门左侧开关，通过注水管17进行注水，将连接筋15拉起，保证安装盒5为打开状态，孔隙水压计6通过盖板13限位框架12的钢筋网14与外部直接接触，然后打开水龙头开始向断层破碎带内注水，并利用水管直接向蓄水池1内注水，水通过水池渗入孔83流入断层破碎带内，加快注水速度，待孔隙水压计6输出设备上显示水压稳定，且蓄水池1内的水开始沿着液面控制孔9流出，说明断层破碎带内已充满水，注水过程结束；关闭三通管左侧阀门，并通过蓄水池1的水管随时准备向蓄水池1内注水，保证下一阶段的水压稳定，随后打开三通管中注浆管16阀门，将连接筋15向下压，使安装盒5封闭，再利用注浆机将制备好的浆液通过注浆管16和多功能水槽中的多功能管注入到断层破碎带中，待注浆结束5分钟后，再次将连接筋15拉起并固定，监测注浆后断层破碎带内水压力的变化情况，直至水压计输出设备数据稳定。从而利用多功能水槽完成了整个模型试验中断层破碎带的注水、注浆过程，也对上述全过程的水压力进行了监测；

本申请的多功能水槽通过定制尺寸的蓄水池1，可满足不同平面尺寸的断层破碎带模型试验，利用蓄水池1上的水池渗入孔8和液面控制孔9不仅可以加快破碎带内的注水过程，还可以保证蓄水池1的液面高度一定，此种蓄水池1弥补了原有圆柱形水池的形状单一、注水速度慢且不均匀、液面高度无法控制等缺点；通过多功能管和三通阀2，将注水、注浆和监测等功能集多功能水槽于一身，改善了原有模型试验中将注水，注浆和监测分为三个系统实施所造成的不同系统之间衔接不紧密，注水和注浆时间间隔不确定，不能做到全过程监控等劣势；通过对多功能管上的孔隙水压计6安装盒5采用滑动安装的盖板13，利用盖板13顶部焊接连接筋15来实现盖板13的伸缩功能，避免了孔隙水压计6在注浆过程中被浆液包裹，实现了水压计在原有模型试验中不能达到的全过程监测，且保证了在监测过程中不会由于浆液的包裹而产生水压计失效，无法测量等问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施。

Claims (7)

1.一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，包括蓄水池，所述蓄水池上竖直设置有多根多功能管，所述多功能管的一端伸入所述蓄水池内并连通有三通阀，所述三通阀的另外两个接口分别连通于注水管和注浆管，所述蓄水池的底部还设置渗入孔；所述多功能管包括内套管和外套管，所述内套管的外径小于所述外套管的内径，且所述外套管的顶部穿过所述蓄水池连通于所述三通阀，所述内套管和所述外套管上均设置有多个螺栓孔并通过螺栓固定，所述内套管未套设在所述外套管内的一端上还设有多个安装盒，多个所述安装盒内均设置有孔隙水压计，所述内套管上还设置有多个注水孔。

2.根据权利要求1所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述蓄水池的左右两侧分别设置液面控制孔。

3.根据权利要求1所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述内套管的长度为所述外套管上的两倍，且所述外套管的顶部与所述三通阀连接处还设置有丝扣。

4.根据权利要求1所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述安装盒为多块实心铁板组合的矩形箱体，所述孔隙水压计紧密贴合于所述安装盒内壁，所述安装盒的一侧壁设置有限位框架，所述限位框架上设置有加密钢筋网，所述加密钢筋网与所述箱体之间还设置有实心板和盖板，所述安装盒与所述限位框架连接一侧为开口设置，所述盖板的大小均等于所述开口的大小。

5.根据权利要求4所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述安装盒靠近所述内套管一侧设置有固定端并穿透所述内套管，所述固定端上设置螺栓组使所述安装盒固定安装于所述内套管上。

6.根据权利要求4所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述限位框架上设置有滑槽，所述盖板滑动安装于所述限位框架内，且所述盖板顶部竖直设置有连接筋，所述连接筋朝上延伸至所述蓄水池上方。

7.根据权利要求1所述的一种用于隧道模型的注射监测装置，其特征在于，所述注浆管和所述注水管均为防爆尼龙高压软管。

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