[發明專利]巖層振動測試裝置及方法

無效

• 申請號: 200810200416.2
• 申請日: 2008-09-25
• 公開（公告）號: CN101368843A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 葉冠林;張璐璐;王建華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種建筑工程技術領域的測試裝置及方法，具體是一種用于爆破開挖的巖層振動測試裝置及方法。

背景技術

在巖石地區的隧道開挖中，爆破是一種常用的開挖方式。爆破產生的震動會使本來穩定的圍巖喪失承載能力或增大圍巖松動圈的厚度。在工程現場通常采用振動測試的方法監測圍巖的震動效應，以確定爆破、圍巖穩定和支護設計之間的相互關系，從而在保證圍巖穩定性的前提下確定合適的爆破方案。目前工程界在爆破施工中的圍巖震動反應的測試方法如下：在開挖面附近選取一定數量的測點位置，在巖石表面通過埋入固定在鋼板上的速度傳感器或加速度傳感器的方式布設振動監測點，然后通過數據采集儀器進行監測，即可獲得由爆炸開挖引起的巖層反應。這種測試方法實用性強，被工程界廣泛采用。但這種傳統的圍巖振動測試方法存在以下的不足：1)傳感器埋設在巖石表面，在爆破開挖過程中，由于巖石飛落、開挖機械的移動等影響，傳感器測量精度受影響，而且傳感器和導線極易遭到損壞；2)這種測試方法僅能獲得的表層巖石的震動反應，無法獲得圍巖松動圈范圍內的巖石反應以及沿巖層深度方向爆破震動波的傳播和衰減。

經對現有技術的文獻檢索發現，高振儒等在《爆破》2002年第19卷第1期第81頁上發表的“MINI-SEIS地震儀在爆破振動監測中的應用”，該文中提出采用MINI-SEIS地震儀量測爆破振動的技術，具體為：通過MINI-SEIS地震儀主機操作鍵預先設置好參數，現場清理測點表面上的浮土，修平測點表面，使傳感器的測振方向指向爆心，用膠粘劑使其基座與巖面粘結牢或使其與土層緊密接觸以保證傳感器隨質點運動而運動，將振動傳感器固定在測點，最后將振動傳感器與主機相連。其不足在于：傳感器埋設在測點表面，在爆破過程中，由于巖石飛落、開挖機械的移動等影響，傳感器測量精度易受影響，且傳感器和導線易遭到損壞。

發明內容

本發明針對上述現有技術中存在的不足，提出了一種巖層振動測試裝置及方法，克服了以往巖石爆破振動測試方法的測量精度差、測點易遭損壞等缺點，具有精度高、監測裝置不易損壞、測試數據全面、裝置造價低廉等優點。由于本發明的裝置中傳感器埋設在巖石鉆孔中，通過圍巖松動圈范圍布設多個不同深度的測點，可以獲得整個圍巖松動圈范圍內的巖石反應以及沿巖層深度方向爆破震動波的傳播和衰減，具有測試數據全面的優點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明所涉及的巖層振動測試裝置，包括：傳感器、軟管、導線、爪形卡箍、連接卡箍、保護金屬套管。傳感器和導線通過傳感器上的導線接口連接，軟管套在傳感器外，保護套管套在導線外，軟管與保護套管通過連接卡箍相連，軟管通過外套的爪形卡箍和水泥漿固定于巖石鉆孔中，導線末端與自動數據采集裝置相連。

本發明所涉及的巖層振動測試方法，包括以下步驟：

第一步，選取巖石振動監測斷面，在斷面位置的巖石上鉆孔，用于埋設傳感器。斷面的選取根據爆炸震動波傳播的規律結合工程經驗確定，鉆孔深度可以根據實際工程需要決定。

第二步，將軟管一端浸在攝氏90～100度的熱水中約5分鐘后取出，套在接好導線的傳感器上。接著將爪形卡箍依次套在軟管上，一般每20～30cm布設一個。將保護金屬套管套在導線外，并利用連接卡箍與軟管連接。

第三步，全部接線確認后，將連接好的軟管和保護金屬套管連同傳感器和導線推入鉆孔，直至傳感器達到鉆孔末端，即設計的測點位置。往鉆孔中注入快干水泥漿以將傳感器和鉆孔的圍巖形成一體。

第四步，待水泥漿固化后，將導線連接到自動數據采集裝置上，即可進行振動測試。

所述鉆孔其作用有二：(1)可以保護傳感器不受爆破的影響而損壞；(2)可以將傳感器布設在深層巖石內部，從而可以獲得圍巖松動圈范圍內的巖石反應以及沿深度方向爆破震動波的傳播和衰減。鉆孔直徑為3cm，根據實際工程需要決定鉆孔深度。

所述傳感器為微型振動速度傳感器或加速度傳感器，通常為不銹鋼外殼，底部有安裝底座，頂部有導線接口。傳感器的直徑一般為1cm。

所述軟管采用有鋼絲加筋的塑料軟管，保證微型傳感器可以安放到鉆孔底部，并可在放置過程中提供保護。軟管的尺寸和長度視加速度傳感器外徑大小和巖石鉆孔深度而定，內徑比傳感器外尺寸略小，長度比巖石鉆孔略短。將軟管一端浸在熱水是利用熱脹冷縮的原理，使軟管受熱后內徑剛好比傳感器直徑略大，容易安裝，套好后收縮使得軟管緊緊包裹在傳感器外，防止傳感器在放置過程中不慎掉落而達不到鉆孔底部的測點位置，或與鉆孔巖壁發生碰撞造成損壞。