[發明專利]一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置及方法

有效

• 申請號: 201810244358.7
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108489368B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 郭子紅;鄒高強;李堂勇;朱占元;鄒祖銀;莫憂;劉國軍;羅茹月;龔晗
• 申請（專利權）人: 四川農業大學
• 主分類號: G01B5/30
• 分類號: G01B5/30
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉濤;錢成岑

1.一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：它包括軟套管、鋼絲A、可滑動鋼片、百分表、螺紋鋼管、第一螺絲固定裝置和具有螺紋外接口的數據采集盒；

鋼絲A設置在軟套管內，鋼絲A和軟套管的一端均固定在固定器件上，軟套管的另一端穿入螺紋鋼管，螺紋鋼管固定在圍巖上；鋼絲A的另一端穿過可滑動鋼片并在端部設置第一螺絲固定裝置；

螺紋鋼管套螺母，通過螺母實現與數據采集盒連接；

固定夾均勻分布在圍巖的上半部分，軟套管通過固定夾安裝在圍巖上；

可滑動鋼片和百分表設置在數據采集盒內，可滑動鋼片設置在第一螺絲固定裝置與百分表測頭之間；

數據采集盒位于隧道初支的外側且位于靠近隧道水平中心線下方，鋼絲A與軟套管壁之間填充潤滑劑層；

以隧道水平中心線為參考基準線在隧道上半側圍巖每30度方向上布置一個軟套管固定夾，軟套管與固定器件連接埋于隧道初支左側端部且與隧道水平中心線齊平。

2.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：固定夾為帶吊環的膨脹螺絲。

3.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：設置7個固定夾，固定夾均勻分布在圍巖的上半部分。

4.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：可滑動鋼片上設置有一個與百分表測頭相配合的凹槽。

5.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：固定器件為10mm方形且厚2mm的金屬墊板，軟套管為直徑為4mm厚1mm的塑料軟套管，鋼絲A為2mm鋼絲，鋼絲A與金屬墊板點焊，軟套管與金屬墊板粘接。

6.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：螺母的直徑50mm，厚度為5mm，長度為75mm；

螺紋外接口的長度為25mm；

螺紋鋼管的厚度為3mm，帶50mm長度的外螺紋接口。

7.根據權利要求1所述的一種隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置，其特征在于：百分表為50mm的可拆卸百分表，數據采集盒為2mm厚的數據采集盒；

數據采集盒上設置有門，門上設置把手。

8.一種權利要求1所述的隧道圍巖變形高精度實時監控量測裝置的安裝方法，其特征在于，它包括如下步驟：S1：在隧道斷面上的預定位置將固定夾的膨脹螺絲打入圍巖內部以固定軟套管；

S2：將軟套管安裝于預先打入圍巖的軟套管固定夾中的膨脹螺絲圓孔內，將軟套管的左端用固定器件進行固接，右端則穿入螺紋鋼管內部，然后將螺紋鋼管固定于圍巖表面；

S3：在步驟S1和S2完成且達到預期要求后，開始施工隧道初支，使其在約束圍巖變形的同時也起到固定軟套管和螺紋鋼管的作用；

S4：通過直徑5cm且厚5mm的螺母與長度為2.5cm的數據采集盒螺紋外接口進行連接的形式，將數據采集盒和螺紋鋼管進行緊密地連接；

S5：安裝可滑動鋼片和量程為50mm的可拆卸百分表于2mm厚數據采集盒內。

9.一種根據權利要求1所述裝置的測量方法，其特征在于：量測鋼絲A端部移動變化量以反映圍巖變形情況，具體為：

當拱頂下沉為u_y,拱腰沒有變形時：

假設，則Δs＝rd_θ-(r-u_θ)d_θ＝u_yd_θ，即隧道上半側圍巖總變形量為，其中，θ為過圍巖弧面上的點的半徑與過拱頂的半徑之間的夾角，d_θ為的θ微分量，u_θ為θ夾角處的隧道圍巖徑向變形量，r為隧道襯砌截面外徑；Δs為隧道圍巖變形前后d_θ對應隧道圍巖弧段長度的變化量；

當拱頂下沉為0,拱腰變形為u_x時：

假設，則Δs＝rd_θ-(r-u_θ)d_θ＝u_xd_θ，隧道左半側圍巖總變形量為，其中，θ為過圍巖弧面上的點的半徑與過拱腰的半徑之間的夾角，d_θ為的θ微分量，u_θ為θ夾角處的隧道圍巖徑向變形量，r為隧道襯砌截面外徑，Δs為隧道圍巖變形前后d_θ對應隧道圍巖弧段長度的變化量；

當拱頂下沉和拱腰變形均為u₀時：

隧道上半側圍巖總變形量為s＝π[r-(r-u₀)]＝πu₀；

其中：r為隧道襯砌截面外徑；

當鋼絲A端部移動變化量超過百分表量程時，松動可滑動鋼片上方的第一螺絲固定裝置將劃片移至初始位置，再次對鋼絲A端部移動變化量進行累加測量。