一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巷道圍巖應(yīng)力分布監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大量地下巷道及隧道工程建設(shè)，工作環(huán)境安全性尤其是巷道圍巖穩(wěn)定性的要求不斷提高。隨著地下工程開(kāi)挖或采礦工作的持續(xù)進(jìn)行，圍巖應(yīng)力會(huì)重新分布并產(chǎn)生卸荷變形。按照新奧法施工的基本原則，在施工過(guò)程中需進(jìn)行大量直觀、可靠的量測(cè)并統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)價(jià)施工項(xiàng)目的安全性以預(yù)防圍巖坍塌，避免安全事故發(fā)生。
[0003]圍巖狀態(tài)監(jiān)測(cè)一般包括應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)及位移變化監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)圍巖監(jiān)測(cè)多采用水準(zhǔn)儀或其它儀器定期測(cè)量拱頂下沉或鋼尺收斂?jī)x監(jiān)測(cè)圍巖收斂等，但此類位移監(jiān)測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的缺陷，在圍巖變形過(guò)程中巖體宏觀形變相較于其內(nèi)部應(yīng)力變化有明顯的時(shí)間滯后性，因此位移監(jiān)測(cè)不能及時(shí)地反映圍巖穩(wěn)定性變化情況，對(duì)潛在災(zāi)害的預(yù)警能力較為有限。因此，應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法在實(shí)際工程應(yīng)用中有良好的發(fā)展前景。
[0004]圍巖內(nèi)部應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括錨桿軸力及鉆孔油壓傳感器監(jiān)測(cè)，錨桿軸力僅反映錨桿所受拉力，不能反映圍巖應(yīng)力及其變化過(guò)程，而應(yīng)用較多的鉆孔油壓傳感器可以監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力的變化過(guò)程，但存在2個(gè)主要缺點(diǎn)，一是因?yàn)閱慰字兄荒馨惭b一只傳感器，無(wú)法反映監(jiān)測(cè)孔中不同位置的應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，且在圍巖大變形中易受損而影響后續(xù)工作，二是測(cè)得的應(yīng)力是三向應(yīng)力的平均值，無(wú)法同時(shí)測(cè)量不同方向上的應(yīng)力值。
[0005]為避免常規(guī)監(jiān)測(cè)裝置的不足，且能在一定條件下適應(yīng)地下空間圍巖中的復(fù)雜環(huán)境，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化情況，有必要研發(fā)一種新型圍巖應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，以克服常規(guī)圍巖監(jiān)測(cè)中的不足，及時(shí)反映圍巖不同位置的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化，保證施工安全。
[0007]該監(jiān)測(cè)探桿包括剛性桿、柔性桿、傳感器、防水膜、導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集儀，剛性桿與柔性桿交替連接，剛性桿和柔性桿內(nèi)部中空，形成桿體內(nèi)部空腔，導(dǎo)線穿過(guò)桿體內(nèi)部空腔與數(shù)據(jù)采集儀相連，傳感器安裝在剛性桿外側(cè)，且傳感器與剛性桿外表面平面接觸，防水膜覆蓋在剛性桿和柔性桿外側(cè)，且與傳感器充分接觸。
[0008]其中，剛性桿和柔性桿通過(guò)螺紋連接或嵌套連接，在保證其應(yīng)有的工作強(qiáng)度和一體性的前提下，可根據(jù)實(shí)際工程要求選擇合適的連接方式，單根剛性桿的長(zhǎng)度小于單根柔性桿的長(zhǎng)度。傳感器安裝在剛性桿外表面且呈平面接觸，每個(gè)剛性桿上均布設(shè)雙組四向傳感器，四方向?qū)?yīng)極坐標(biāo)角度依次為0、90、180和270度，共線方向?yàn)橐唤M，剛性桿上各組傳感器中心連線與剛性桿桿體中心線正交。柔性桿材質(zhì)為橡膠、塑膠或其它具備彈塑性材質(zhì)。使用時(shí)，在鉆孔內(nèi)端(探桿端頭)采用柔性桿，以防止裝置安裝過(guò)程中受損。
[0009]本發(fā)明預(yù)警評(píng)價(jià)方法如下:
[0010]預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)巖性、地應(yīng)力狀態(tài)、開(kāi)挖及支護(hù)等實(shí)際工程參數(shù)確定，根據(jù)實(shí)際圍巖狀況，以探桿傳感器安設(shè)的不同深度作為自變量，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)應(yīng)力值作為因變量，確定安全線、預(yù)警臨界線、危險(xiǎn)預(yù)警線，并以此作為圍巖應(yīng)力狀態(tài)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)與預(yù)警。
[0011 ]由于具體監(jiān)測(cè)巖體的各力學(xué)和工程參數(shù)不同，在此不做詳細(xì)的數(shù)據(jù)范圍限定，具體參數(shù)以實(shí)際工程而定。
[0012]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0013]上述方案中，能夠利用柔性桿不斷適應(yīng)圍巖的形變以保持監(jiān)測(cè)桿的自身可用性，同時(shí)在圍巖變形過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圍巖應(yīng)力場(chǎng)分布狀況，及時(shí)反映圍巖穩(wěn)定性狀況。且設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全面體現(xiàn)圍巖監(jiān)測(cè)區(qū)各位置的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化，準(zhǔn)確圈定圍巖松動(dòng)帶，監(jiān)測(cè)探桿的柔性區(qū)域可在一定范圍伸縮形變，大大降低因圍巖變形而造成監(jiān)測(cè)裝置損壞的風(fēng)險(xiǎn)，減小應(yīng)力測(cè)量誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為圖1的A-A'剖面圖；
[0016]圖3為圖1的B-B'剖面圖；
[0017]圖4為圍巖應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)探桿施工流程圖；
[0018]圖5為采用該裝置的預(yù)警評(píng)價(jià)方法示意圖。
[0019]其中:1_剛性桿;2-柔性桿;3-傳感器;4-防水膜;5-導(dǎo)線;6-數(shù)據(jù)采集儀;7-鉆孔；8-注漿結(jié)石體;9-桿體內(nèi)部空腔。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021 ]本發(fā)明提供一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿。
[0022]本監(jiān)測(cè)裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程需要，監(jiān)測(cè)前需在圍巖上選定合適位置鉆孔，各孔孔深孔徑相同，孔徑較探桿直徑大50?100mm，孔深較巷道半徑大2.5?3倍，孔距為10?15m，探桿傳感器組數(shù)以實(shí)際工程要求而定，傳感器安裝方向如圖2所示，傳感器3安裝在剛性桿I外表面且呈平面接觸，每個(gè)剛性桿I上布設(shè)雙組四向傳感器3，四方向?qū)?yīng)極坐標(biāo)角度依次為0、90、180和270度，共線方向?yàn)橐唤M，剛性桿I上各組傳感器3中心連線與剛性桿I桿體中心線正交。如圖3所示的柔性桿2采用橡膠材質(zhì)。將組裝好的探桿按照(圖1)方式裝入鉆孔中，為保證探桿和孔壁巖體間的有效應(yīng)力傳遞，采用孔內(nèi)注漿方式進(jìn)行規(guī)A
柄口 O
[0023]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，該監(jiān)測(cè)探桿包括:剛性桿1、柔性桿2、傳感器3、防水膜
4、導(dǎo)線5、數(shù)據(jù)采集儀6 ο剛性桿I和柔性桿2內(nèi)部中空，形成桿體內(nèi)部空腔9，導(dǎo)線5穿過(guò)桿體內(nèi)部空腔9與數(shù)據(jù)采集儀6相連，傳感器3安裝在剛性桿I外部，防水膜4是最外部結(jié)構(gòu)，覆于整個(gè)探桿外部或僅覆蓋剛性桿。其中，剛性桿I和柔性桿2通過(guò)螺紋連接，單根剛性桿I的長(zhǎng)度小于單根柔性桿2的長(zhǎng)度。
[0024]采用圖4所示流程，在實(shí)際實(shí)施例中，選擇圍巖監(jiān)測(cè)面，并選定圍巖監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)間距;進(jìn)行定向鉆孔并安裝圍巖應(yīng)力場(chǎng)監(jiān)測(cè)探桿，進(jìn)行孔內(nèi)注漿耦合;各鉆孔監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)隨時(shí)間變化通過(guò)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行可視化輸出；確定圍巖監(jiān)測(cè)孔內(nèi)動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布圖。根據(jù)實(shí)際圍巖狀況確定預(yù)警臨界線，并以此作為圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)與預(yù)警。
[0025]具體施工流程如下:
[0026](I)確定監(jiān)測(cè)鉆孔7位置；
[0027](2)鉆孔至設(shè)計(jì)深度；
[0028](3)孔內(nèi)規(guī)定位置放置探桿；
[0029](4)鉆孔7內(nèi)注漿耦合，在探桿外部形成注漿結(jié)石體8;
[0030](5)連接導(dǎo)線5測(cè)試傳感器3工作狀況及儀器校準(zhǔn)；
[0031](6)進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作。
[0032]本實(shí)例僅為本發(fā)明的一種具體實(shí)施形式，其中孔位選定、鉆孔參數(shù)、探桿外形、傳感器組數(shù)量、材料選擇與布置形式依據(jù)具體地質(zhì)條件、地應(yīng)力狀態(tài)、開(kāi)挖及支護(hù)要求等條件而定，本發(fā)明不做具體限制。
[0033]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，其特征在于:包括剛性桿(I)、柔性桿(2)、傳感器(3)、防水膜(4)、導(dǎo)線(5)和數(shù)據(jù)采集儀(6)，剛性桿(I)與柔性桿(2)交替連接，剛性桿(I)和柔性桿(2)內(nèi)部中空，形成桿體內(nèi)部空腔(9)，導(dǎo)線(5)穿過(guò)桿體內(nèi)部空腔(9)與數(shù)據(jù)采集儀(6)相連，傳感器(3)安裝在剛性桿(I)外側(cè)，且傳感器(3)與剛性桿(I)外表面平面接觸，防水膜(4)覆蓋在剛性桿(I)和柔性桿(2)外側(cè)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，其特征在于:所述剛性桿(I)和柔性桿(2)通過(guò)螺紋連接或嵌套連接，單根剛性桿(I)的長(zhǎng)度小于單根柔性桿(2)的長(zhǎng)度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，其特征在于:所述傳感器(3)安裝在剛性桿(I)外表面且呈平面接觸，每個(gè)剛性桿(I)上布設(shè)雙組四向傳感器(3)，四方向?qū)?yīng)極坐標(biāo)角度依次為0、90、180和270度，共線方向?yàn)橐唤M，剛性桿(I)上各組傳感器(3)中心連線與剛性桿(I)桿體中心線正交。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，其特征在于:所述防水膜(4)與傳感器(3)充分接觸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，其特征在于:所述柔性桿(2)材質(zhì)為橡膠、塑膠或其它具備彈塑性材質(zhì)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種圍巖應(yīng)力場(chǎng)鉆孔監(jiān)測(cè)探桿，屬于巷道圍巖應(yīng)力分布監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該監(jiān)測(cè)探桿包括剛性桿、柔性桿、傳感器、防水膜、導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集儀，剛性桿和柔性桿交替連接，桿體內(nèi)部均為空腔，傳感器和導(dǎo)線相連，傳感器安裝在剛性桿上，防水膜安裝在整個(gè)桿體外側(cè)，導(dǎo)線通過(guò)桿體內(nèi)部空腔通向桿體末端連接數(shù)據(jù)采集儀。本發(fā)明有益效果：設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全面體現(xiàn)圍巖監(jiān)測(cè)區(qū)各位置的動(dòng)態(tài)應(yīng)力變化，準(zhǔn)確圈定圍巖松動(dòng)帶，監(jiān)測(cè)探桿的柔性區(qū)域可在一定范圍伸縮形變，大幅降低因圍巖變形而造成監(jiān)測(cè)裝置損壞的風(fēng)險(xiǎn)，減小應(yīng)力測(cè)量誤差。
【IPC分類】G01L1/26
【公開(kāi)號(hào)】CN105606278
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610140087
【發(fā)明人】吳順川, 馬福民, 蔣一波, 韓偉, 嚴(yán)瓊
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué), 中電建路橋集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年3月11日