[發明專利]一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置及其實施方法

有效

• 申請號: 201810762556.2
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109141265B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 汪小剛;劉立鵬;孫興松;王玉杰;田振華;趙宇飛;姜龍;夏瑩瑩;冷合勤
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 潘衛鋒

1.一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置,包括圍巖(1)、開挖隧洞(2)、設于開挖隧洞(2)的圍巖(1)中的鉆孔(3)、設置在鉆孔(3)內的鋼管(4)、鋼管(4)內的鋼管埋置光纖(5)和至少一個高差計(6)，在鉆孔(3)的一側設置有鉆孔外側口密封體(301)，鉆孔(3)內設置有灌漿管(302)和鋼管(4)，鋼管(4)的一端設置有鋼管外側端密封體(401)，鋼管(4)的外側表面開設有鋼管光纖槽(402)和鋼管埋置光纖進入孔(403)，鋼管(4)的另一端設置有鋼管內側端堵頭(404)，鋼管埋置光纖(5)封裝于鋼管光纖槽(402)內，鋼管埋置光纖(5)的兩端引出鋼管(4)外，至少一個高差計(6)置于鋼管(4)內，所述高差計(6)通過高差計光纖(601)串聯起來，并通過高差計固定纜繩(7)固定于鋼管(4)內端的鋼管內側端堵頭(404)，高差計光纖(601)兩端分別引出鋼管(4)外側端以方便測量，高差計液管(602)也通過高差計固定纜繩(7)與高差計(6)和高差計光纖(601)相連。

2.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，其特征在于，所述的鉆孔(3)位于開挖隧洞(2)開挖面前頂部圍巖(1)中，與隧洞(2)軸線方向一致并且與隧洞(2)軸線成一定角度，鉆孔(3)通過TBM觀測孔或者其他可以操作的地方鉆制形成。

3.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，其特征在于，所述的高差計(6)通過高差計光纖(601)等距離或變距離相連形成串聯結構固定于鋼管(4)內，高差計光纖(601)兩端皆可進行信號測量。

4.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，其特征在于，所述鋼管(4)為管狀結構，內部直徑可放置高差計(6)串聯結構以及高差計光纖(601)和鋼管埋置光纖(5)，外徑小于鉆孔(3)直徑，且在鉆孔(3)孔口能設置灌漿管(302)，所述鋼管(4)在其外側相對位置處設有鋼管光纖槽(402)，所述的鋼管(4)在其內側和外側位置鋼管光纖槽(402)內分別設有鋼管埋置光纖進入孔(403)，埋置于鋼管光纖槽(402)內的鋼管埋置光纖(5)通過鋼管埋置光纖進入孔(403)進入鋼管(4)內并引出管外進行測量。

5.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，所述鋼管埋置光纖(5)通過環氧樹脂或其他粘接材料封裝于鋼管光纖槽(402)內，與鋼管(4)形成變形協調體；所述鋼管埋置光纖(5)和鋼管埋置光纖進入孔(403)可設置多根和多個，以滿足不同的測量長度需求。

6.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，其特征在于，所述的鋼管埋置光纖(5)為FBG光纖，可對微變形進行測量。

7.根據權利要求1所述的一種隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置，其特征在于，所述的鉆孔(3)在其孔口設有鉆孔外側口密封體(301)將鋼管連同高差計(6)及鋼管埋置光纖(5)結構密封于鉆孔(3)內；鋼管埋置光纖(5)和高差計光纖(601)可通過鉆孔外側口密封體(301)引出鉆孔(3)孔口外進行測量；鉆孔(3)孔口設有灌漿管(302)，在鉆孔(3)密封后對鉆孔(3)進行灌漿密封，使整體結構形成變形協調結構。

8.一種根據權利要求1-7任一所述的隧洞開挖圍巖全過程變形曲線超前監測裝置的實施方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在開挖隧洞(2)開挖斷面頂端根據測量需要進行鉆孔(3)制作；

步驟2：對分段鋼管相應位置分布進行鋼管光纖槽(402)和鋼管埋置光纖進入孔(403)的制作；

步驟3：將高差計(6)串聯，并在每個高差計(6)的高差計液管(602)內注入一定量的溶液，從而可進行測量；將高差計(6)通過高差計固定纜繩(7)固定于鋼管內側端堵頭(404)，將鋼管內側端堵頭(404)固定于鋼管(4)內側端；如有多個高差計(6)串聯結構，可分別按等距或變距離布置于鋼管內；將高差計光纖(601)引出管外；

步驟4：將鋼管埋置光纖(5)封裝于鋼管光纖槽(402)內，將光纖兩端引出管外；

步驟5：將鋼管(4)分別放入鉆孔(3)內，對每段進行焊接，并根據長度連接整理高差計(6)和對鋼管埋置光纖(5)進行封裝，將高差計(6)光纖和鋼管埋置光纖(5)尾端穿過鋼管(4)最后引出管外；

步驟6：鋼管(4)全部放入鉆孔(3)后，對鋼管(4)進行固定，將光纖引出鉆孔(3)外，并對鋼管(4)尾端進行密封處理；

步驟7：對鉆孔(3)孔口進行密封處理；

步驟8：通過灌漿管(302)對鉆孔(3)進行灌漿，使鋼管(4)與圍巖(1)通過注漿體形成變形協調結構；

步驟9：進行隧洞開挖，同時對高差計光纖(601)和鋼管埋置光纖(5)進行測量，記錄數據；

步驟10：對測量數據進行處理，計算繪制圍巖變形曲線。