[發明專利]一種圍巖應力場鉆孔監測探桿

在審

• 申請號: 201610140087.1
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105606278A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 吳順川;馬福民;蔣一波;韓偉;嚴瓊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;中電建路橋集團有限公司
• 主分類號: G01L1/26
• 分類號: G01L1/26
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本發明涉及巷道圍巖應力分布監測技術領域，特別是指一種圍巖 應力場鉆孔監測探桿。

背景技術

隨著大量地下巷道及隧道工程建設，工作環境安全性尤其是巷道 圍巖穩定性的要求不斷提高。隨著地下工程開挖或采礦工作的持續進 行，圍巖應力會重新分布并產生卸荷變形。按照新奧法施工的基本原 則，在施工過程中需進行大量直觀、可靠的量測并統計數據來準確評 價圍巖的穩定狀態，或判斷其動態發展趨勢，評價施工項目的安全性 以預防圍巖坍塌，避免安全事故發生。

圍巖狀態監測一般包括應力變化監測及位移變化監測。傳統圍巖 監測多采用水準儀或其它儀器定期測量拱頂下沉或鋼尺收斂儀監測 圍巖收斂等，但此類位移監測在實際應用中存在一定的缺陷，在圍巖 變形過程中巖體宏觀形變相較于其內部應力變化有明顯的時間滯后 性，因此位移監測不能及時地反映圍巖穩定性變化情況，對潛在災害 的預警能力較為有限。因此，應力監測方法在實際工程應用中有良好 的發展前景。

圍巖內部應力監測包括錨桿軸力及鉆孔油壓傳感器監測，錨桿軸 力僅反映錨桿所受拉力，不能反映圍巖應力及其變化過程，而應用較 多的鉆孔油壓傳感器可以監測圍巖應力的變化過程，但存在2個主要 缺點，一是因為單孔中只能安裝一只傳感器，無法反映監測孔中不同 位置的應力動態變化過程，且在圍巖大變形中易受損而影響后續工作， 二是測得的應力是三向應力的平均值，無法同時測量不同方向上的應 力值。

為避免常規監測裝置的不足，且能在一定條件下適應地下空間圍 巖中的復雜環境，并實時監測圍巖應力的動態變化情況，有必要研發 一種新型圍巖應力場監測裝置。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種圍巖應力場鉆孔監測探桿， 以克服常規圍巖監測中的不足，及時反映圍巖不同位置的動態應力變 化，保證施工安全。

該監測探桿包括剛性桿、柔性桿、傳感器、防水膜、導線和數據 采集儀，剛性桿與柔性桿交替連接，剛性桿和柔性桿內部中空，形成 桿體內部空腔，導線穿過桿體內部空腔與數據采集儀相連，傳感器安 裝在剛性桿外側，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，且與傳感器充分接觸。

其中，剛性桿和柔性桿通過螺紋連接或嵌套連接，在保證其應有 的工作強度和一體性的前提下，可根據實際工程要求選擇合適的連接 方式，單根剛性桿的長度小于單根柔性桿的長度。傳感器安裝在剛性 桿外表面且呈平面接觸，每個剛性桿上均布設雙組四向傳感器，四方 向對應極坐標角度依次為0、90、180和270度，共線方向為一組， 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 為橡膠、塑膠或其它具備彈塑性材質。使用時，在鉆孔內端(探桿端 頭)采用柔性桿，以防止裝置安裝過程中受損。

本發明預警評價方法如下：

預警標準根據巖性、地應力狀態、開挖及支護等實際工程參數確 定，根據實際圍巖狀況，以探桿傳感器安設的不同深度作為自變量， 對應的實測應力值作為因變量，確定安全線、預警臨界線、危險預警 線，并以此作為圍巖應力狀態的評價標準，對圍巖穩定性進行評價與 預警。

由于具體監測巖體的各力學和工程參數不同，在此不做詳細的數 據范圍限定，具體參數以實際工程而定。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，能夠利用柔性桿不斷適應圍巖的形變以保持監測桿 的自身可用性，同時在圍巖變形過程中實時監測圍巖應力場分布狀況， 及時反映圍巖穩定性狀況。且設計經濟，結構簡單，全面體現圍巖監 測區各位置的動態應力變化，準確圈定圍巖松動帶，監測探桿的柔性 區域可在一定范圍伸縮形變，大大降低因圍巖變形而造成監測裝置損 壞的風險，減小應力測量誤差。

附圖說明

圖1為本發明的圍巖應力場鉆孔監測探桿結構示意圖；

圖2為圖1的A-A′剖面圖；

圖3為圖1的B-B′剖面圖；

圖4為圍巖應力場監測探桿施工流程圖；

圖5為采用該裝置的預警評價方法示意圖。

其中：1-剛性桿；2-柔性桿；3-傳感器；4-防水膜；5-導線；6- 數據采集儀；7-鉆孔；8-注漿結石體；9-桿體內部空腔。

具體實施方式