[發(fā)明專利]地下工程圍巖位移實時觀測裝置

有效

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• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101886914A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉小燕;張程遠(yuǎn);劉泉聲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種地下工程圍巖位移觀測裝置，更具體涉及一種用于圍巖表面和內(nèi)部位移實時觀測的裝置，適用于隧道、洞庫、礦山巷道、水電廠房等地下工程建設(shè)中的位移監(jiān)測。

背景技術(shù)

圍巖變形監(jiān)測是地下工程建設(shè)中動態(tài)調(diào)整施工方案，確定支護(hù)時機(jī)與參數(shù)的重要依據(jù)。地下工程的圍巖變形監(jiān)測包括表面和內(nèi)部位移監(jiān)測，圍巖內(nèi)部位移的測量一般采用多點位移計，而圍巖表面位移一般采用收斂計或者全站儀觀測。為了確定圍巖物理力學(xué)參數(shù)和原巖應(yīng)力場，必須同時獲取兩種位移數(shù)據(jù)。因為多點位移計獲得的圍巖內(nèi)部位移不是絕對的位移，而是測量鉆孔表面與孔內(nèi)固定測點之間的距離變化，要知道圍巖內(nèi)部測點的真正空間位移，必須同時了解孔口表面的空間位置變化。目前工程上，這兩種位移是分開觀測的，甚至是兩組觀測人員在不同時間進(jìn)行，信息不能及時整合；而且大多處于手工測量、人工讀數(shù)的狀態(tài)，費力費時，對實施新奧法施工中的圍巖參數(shù)反分析、動態(tài)施工方案調(diào)整十分不利，常常造成設(shè)計方案和施工組織修改調(diào)整的延誤，容易造成工程安全隱患或浪費，而且影響施工進(jìn)度。因此，需要發(fā)展同時觀測圍巖內(nèi)部和表面位移的實時監(jiān)測方法和裝置。

圍巖表面位移大多使用收斂計測量，為方便測量讀數(shù)，人們研制了多種裝置，例如中國專利99232088公開的可旋機(jī)身收斂計，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)身，改善了斷面較大的隧道開挖是需登高讀數(shù)的不利狀況，又如中國專利99244887公開的電動數(shù)顯收斂計，通過數(shù)字顯示的方式，加快了操作人員的讀數(shù)過程。或采用全站儀非接觸觀測，例如中國專利200310111644公開的一種地下洞室、隧道非接觸式收斂監(jiān)測的方法，利用全站儀和靶標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離圍巖表面變形收斂的快速監(jiān)測。

圍巖內(nèi)部位移的測量一般采取多點位移計，測量時大部分采用人工進(jìn)行測尺讀數(shù)，例如中國專利92229267公開的多點位移計，采用鋼性測桿代替鋼絲傳遞錨頭位移量進(jìn)行讀數(shù)；中國專利200710052926公開的機(jī)械式多點位移計，通過主、副尺結(jié)合，提高了測量量程；中國專利CN2725847Y公開的大位移量直讀式多點位移計，通過長軟尺和放大鏡觀測窗口，進(jìn)行巖石內(nèi)部大位移的測量讀數(shù)。另一類電磁類型的位移測量裝置，也是采用人工讀數(shù)的方式。例如中國專利93236366公開的無線鉆孔多點位移計，利用測桿探測器與圍巖鉆孔內(nèi)被測磁鐵結(jié)合測量磁鐵位移；中國專利902247905公開的多點位移計，利用懸臂梁應(yīng)變片電壓，測量鋼弦絲的位移。

這一類技術(shù)及相應(yīng)的儀器裝置在實際應(yīng)用中存在一些不足之處：1)無法同時進(jìn)行圍巖內(nèi)部位移和工程表面位移的測量，影響了數(shù)據(jù)反饋的實時性；2)為了避免兩種設(shè)備裝置的相互影響，圍巖表面位移測點和內(nèi)部位移測孔孔口有較大的距離，對獲取真實的圍巖內(nèi)部位移不利。3)對于圍巖內(nèi)部位移的測量和收斂計等表面監(jiān)測，需要人工接近測量孔進(jìn)行讀數(shù)，對于大斷面的地下空間工程，人員難以爬高測量，故不易實施；且由于需要腳手架、梯子或臺車等協(xié)助，影響正常施工。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種地下工程圍巖位移的實時觀測裝置，能遠(yuǎn)距離、方便地直接觀測得到圍巖表面位移和內(nèi)部測點的位移，有利于地下工程圍巖變形反分析參數(shù)的準(zhǔn)確獲得和施工方案的快速調(diào)整。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種地下工程圍巖位移實時觀測的裝置，它包括：位移轉(zhuǎn)盤、外反光膜片、內(nèi)反光膜片、鋼絲線、支架、重錘、全站儀和計算機(jī)。其特征在于：有內(nèi)反光膜片和外反光膜片，外反光膜片和位移轉(zhuǎn)盤同軸安裝，位移轉(zhuǎn)盤遮蓋住外反光膜片；外反光膜片與支架固定連接，不隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；外反光膜片表面以轉(zhuǎn)軸為圓心灰度切向漸變；位移轉(zhuǎn)盤以轉(zhuǎn)軸為圓心均勻?qū)ΨQ地分布有三個窗口；轉(zhuǎn)軸端面上裝置有內(nèi)反光膜片；轉(zhuǎn)軸上繞裝鋼絲，鋼絲前端與圍巖測點連接，后端與重錘連接，鋼絲的移動可以無滑動地帶動轉(zhuǎn)軸和位移轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)；全站儀與計算機(jī)相連，計算機(jī)內(nèi)裝有軟件，可通過全站儀實時記錄內(nèi)反光膜片反射的全站儀測距激光，計算得到觀測裝置的空間絕對位置；實時記錄外反光膜片反射的全站儀照準(zhǔn)激光；通過分析反射激光的灰度模式，得到位移轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動角度，結(jié)合觀測裝置空間位置數(shù)據(jù)，進(jìn)一步計算得到圍巖表面和內(nèi)部測點的位移數(shù)值和空間位置。

本發(fā)明具有以下的優(yōu)點和效果：

①可同時實施圍巖表面和內(nèi)部位移觀測，速度快，對圍巖變形的實時分析和施工方案的快速調(diào)整十分有利；

②可準(zhǔn)確地獲得圍巖內(nèi)部的絕對位移，對圍巖參數(shù)反演和穩(wěn)定性分析有利；

③在隧道、礦山巷道等地下工程施工中可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀測，減少了對正常施工的影響，同時提高了觀測人員的操作安全性。

④測量時自發(fā)射激光，無需輔助照明；