[發明專利]一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構及監測方法

在審

• 申請號: 202011123608.5
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112050776A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 胡亞東;張世殊;冉從彥;馬金根
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 張嚴芳

1.一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構，其特征在于，包括若干監測段(1)、柔性連接段(2)以及位于監測段(1)上的角度感應裝置(3)組成的監測主體，其中，柔性連接段(2)的兩端分別與相鄰兩個監測段(1)的首段和尾端連接，角度感應裝置(2)用于監測其上的監測段(1)與水平面和鉛垂面的角度，監測段(1)和柔性連接段(2)上套裝有柔性套管(5)，柔性套管(5)將監測主體套裝在其內，靠近A端的監測段(1)的首端連接有一端為尖錐狀的導向頭(7)。

2.根據權利要求1所述的一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構，其特征在于，監測主體位于超前鉆孔(8)內，超前鉆孔(8)為圍巖中未挖段(10)上方的斜向上傾斜的鉆孔，超前鉆孔(8)與監測主體之間填充有用于固定監測主體的填料層(9)。

3.根據權利要求1所述的一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構，其特征在于，監測段(1)上套裝有橡膠圈(6)，橡膠圈(6)在圍巖變形時，監測段(1)隨柔性套管(5)同幅度變形。

4.根據權利要求1所述的一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構，其特征在于，監測段(1)為內部為中空的鋼管，角度感應裝置(2)位于鋼管內部，角度感應裝置(2)包括用于分別監測其上的監測段(1)與水平面和鉛垂面的角度的第一角度感應器和第二角度感應器。

5.根據權利要求1所述的一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構，其特征在于，柔性連接段(2)為波紋管，角度感應裝置(2)相連接的電纜(4)穿過柔性連接段(2)內部，從B端監測段(1)穿出與數據采集器連接。

6.一種盾構隧道圍巖變形超前監測結構的監測方法，其特征在于，包括權利要求1-5任一所述的監測結構，包括以下步驟：

(1)盾構隧道掘進至設計監測洞段時暫停掘進，在隧道未開挖段(10)的上端斜向上鉆掘超前鉆孔(8)，將帶有導向頭(7)和柔性套管(5)的監測主體放入超前鉆孔(8)中；

(2)在超前鉆孔(8)與柔性套管(5)之間的間隙中填充填料層(9)，通過填料層(9)將監測主體固定在超前鉆孔(8)內，然后將電纜(4)與數據采集儀連接；

(3)從A端到B端的監測段1分別為第1-i監測段，其中，第i監測段尾部位移S_i：

S_i＝∑L_i*sinβ_i-∑L_i*sinα_i (1)

式中，L_i為第i監測段長度和柔性連接段(2)長度的和，β_i為變形位置線(17)上第i監測段與基準線(14)夾角，α_i為安裝位置線(15)上第i監測段與基準線(14)夾角；

第i監測段尾部的水平方向位移S_xi：

S_xi＝∑L_i*sinβ_xi-∑L_i*sinα_xi (2)

式中，β_xi為水平投影面變形位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角，α_xi為水平投影面安裝位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角；

第i監測段尾部的鉛垂方向位移：

S_yi＝∑L_i*sinβ_yi-∑Li*sinα_yi (3)

式中，β_yi為鉛垂面變形位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角，α_yi為鉛垂面安裝位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角；

第i監測段尾部的洞軸線方向位移：

S_zi＝∑L_i*cosα_yi-∑L_i*cosβ_yi (4)

式中，β_yi為鉛垂面變形位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角，α_yi為鉛垂面安裝位置線上第i監測段與基準線(14)的夾角；

第i監測段的合位移方向與直角坐標y方向的夾角：

γ_i＝arctan(S_yi/S_xi) (5)

根據直角坐標系中水平位移和鉛垂位移的方向，確定第i監測段合位移方向角δ_i；

其中，水平方向位移為直角坐標x方向位移，x方向向右為正，鉛垂方向位移為直角坐標y方向位移，y方向向下為正；洞軸線方向位移方向為z，z與上述x和y垂直，為三維坐標系z軸；z方向為未開挖隧道段方向為正。