一种隧道深层围岩松动圈变形监测方法与流程

1.本发明涉及隧道围岩位移测量技术，特别是涉及深层隧道围岩松动圈变形监测方法。


背景技术：

2.隧道开挖时，受到扰动的围岩产生应力重新分布，这将使应力状态由三维转变为近似二维，而且围岩强度随之下降。当岩体围岩强度低于重新分布应力值时将被破坏，进而逐步形成一个松弛破碎带，该松弛破碎带称为围岩松动圈。松弛破碎带内岩体处于屈服状态，若局部围岩应力大于岩体强度，围岩将被破坏，对隧道初支结构及稳定性带来安全风险。围岩松动圈是随着隧道施工的进行而不断变化的，最终达到稳定状态。工程设计中，很难准确确定围岩松动圈的厚度，也无法根据预先给定的松动圈厚度进行支护结构设计。因此，在施工中要进行围岩松动圈变形测量，以利于隧道初支结构的调整和围岩稳定性的评估。
3.现有测量深层隧道围岩松动圈变形的主要是现场测试，测试方式有声波测试法、地质雷达测试法、多点位移计测量法。声波测试法、地质雷达测试法和多点位移计测量法都是单次测试，无法实现长期连续测量。随着隧道施工的进行围岩松动圈不断发生变化，给隧道工程支护参数调整及动态设计增加困难，因此，隧道围岩松动圈变形长时间准确测量是目前隧道工程中需进一步研究的重要问题。


技术实现要素：

4.针对现有深部围岩松动圈变形测量方法存在难以实现长时间连续准确测量的问题，本发明推出一种隧道围岩深层松动圈变形监测方法，其目的在于通过在围岩中设置的测量杆和位移传感器，实现围岩松动圈变形的长期连续监测。
5.本发明涉及的隧道深层围岩松动圈变形监测方法的技术步骤包括获取隧道工程资料、确定测量部位、钻孔安装测量装置、封孔、连接数据采集仪、读取数据。根据隧道工程资料确定测量部位，在确定的测量部位钻孔安装测量装置，然后连接数据采集仪读取资料数据,实现对隧道深层围岩松动圈变形的监测。
6.s1、获取隧道工程资料
7.获取隧道的工程资料包括：区域地质资料、地质勘察报告、设计图纸、超前地质预报资料。
8.s2、确定测量部位
9.对步骤s1获取的隧道工程资料进行分析，确定隧道高风险段落，测量松动圈的断面里程及确定测量装置在开挖断面的安装位置。在隧道开挖断面拱顶、拱腰、边墙三个位置上安装测量装置。
10.s3、钻孔安装测量装置
11.在步骤s2确定的测量部位上钻孔至目标岩层深度，钻孔孔径50mm。将测量杆置于
钻孔内，使用锚固剂将测量杆与目标岩层锚固成为整体，测量杆采用φ10mm的钢筋；安装位移传感器，将测量杆前端焊接连接片与位移传感器伸缩端使用螺栓连接，通过膨胀螺丝将传感器支架与围岩表面锚固。位移传感器采用lvdt位移传感器。
12.s4、封孔
13.使用水泥将封孔盖帽与围岩固定，将测量孔封孔。封孔盖帽上留有预留孔，引出lvdt位移传感器供电线及数据线。
14.s5连接数据采集仪
15.将位移传感器信号线与数据采集仪连接。
16.s6、读取数据
17.与数据采集仪连接的数据处理计算机将位移
‑
时间曲线以excel文件形式导出，实现隧道围岩深层松动圈变形长时间连续监测。
18.本发明涉及的隧道深层围岩松动圈变形监测方法采用的测量装置包括孔内测量装置、外部供电装置和数据采集仪。
19.所述孔内测量装置包括测量杆和位移传感器，测量杆为φ10mm的钢筋测量杆，设置在隧道围岩测量孔内。测量孔为隧道围岩上的钻孔，钻孔孔径为φ50mm。测量杆与隧道围岩由钢筋锚固剂锚固成为整体，隧道围岩沿径向运动将带动测量杆运动。测量杆通过焊接的连接片与位移传感器活动端相连，位移传感器监测隧道围岩松动圈位移。位移传感器为lvdt位移传感器。
20.测量孔内设置固定支架，固定支架与隧道围岩表面由锚栓紧固。固定支架上方焊接位移传感器支架，位移传感器置于位移传感器支架上。位移传感器支架上方设置可调节松紧的圆形卡扣，拧紧卡扣以固定位移传感器。
21.所述数据采集仪通过信号输出线与位移传感器相连，数据采集仪与数据处理计算机相连。测量孔孔口设置封孔盖，封孔盖上有预留孔，用于电源线和信号输出线的引出。
22.本发明涉及的隧道围岩深层围岩松动圈位移测量的方法，通过上述测量装置，对隧道深度围岩位移进行长时间连续测量，得到深度岩层连续的位移
‑
时间曲线，可为隧道初支结构稳定性评价，隧道开挖安全预警提供数据支持，测量数据准确，效果良好，工程实用性强，
附图说明
23.图1为本发明所述的隧道围岩深层围岩松动圈位移监测方法的流程图。
24.图2为本发明在测量孔内设置剖面示意图。
25.图3为本发明的孔内测量装置结构示意图。
26.图4为本发明的在隧道内设置示意图。
27.图中标记说明：
28.s1、获取隧道工程资料 s2、确定测量部位
29.s3、钻孔安装测量装置 s4、封孔
30.s5、连接数据采集仪
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
s6、读取数据
31.1、测量杆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2、钢筋锚固剂
32.3、测量杆连接片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4、固定支架
33.5、位移传感器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6、封孔盖
34.7、位移传感器支架
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8、位移传感器电源线
35.9、信号输出线
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10、固定支架锚固孔
36.11、数据采集仪
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12、数据处理计算机
37.13、断面拱顶
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14、断面拱腰
38.15、断面边墙
具体实施方式
39.结合附图对本发明作进一步的说明。图1显示了本发明所述的隧道围岩深层围岩松动圈位移监测方法的基本流程。图2～图4显示了本发明所涉及的测量装置的基本结构。
40.如图所示，本发明所述的隧道深层围岩松动圈变形监测方法的技术步骤包括获取隧道工程资料、确定测量部位、钻孔安装测量装置、封孔、连接数据采集仪和读取数据。
41.s1、获取隧道工程资料
42.获取隧道的工程资料包括：区域地质资料、地质勘察报告、设计图纸、超前地质预报资料。
43.s2、确定测量部位
44.对步骤s1获取的隧道工程资料进行分析，确定隧道高风险段落，测量松动圈的断面里程及确定测量装置在开挖断面的安装位置。
45.s3、钻孔安装测量装置
46.在步骤s2确定的隧道测量部位上风枪钻孔，钻孔至目标岩层深度，所钻测量孔孔径为φ50mm。测量孔内安装测量装置，测量装置包括测量杆和位移传感器。测量杆为φ10mm的钢筋测量杆，测量杆与隧道围岩由钢筋锚固剂锚固成为整体，隧道围岩沿径向运动将带动测量杆运动。测量孔内设置固定支架，固定支架与隧道围岩表面由锚栓紧固。固定支架上方焊接位移传感器支架，位移传感器置于位移传感器支架上。位移传感器支架上方设置可调节松紧的圆形卡扣，拧紧卡扣以固定位移传感器。测量杆通过焊接的连接片与位移传感器活动端相连，位移传感器监测隧道围岩松动圈位移。位移传感器为lvdt位移传感器。测量杆1采用φ10mm的钢筋；安装位移传感器5，将测量杆1前端焊接连接片3与位移传感器5伸缩端使用螺栓连接，通过膨胀螺丝将传感器支架7与围岩表面锚固。位移传感器5采用lvdt位移传感器。在隧道开挖断面拱顶13、拱腰14、边墙15三个位置上安装测量装置。
47.s4、封孔
48.使用水泥将封孔盖帽6与围岩固定，将测量孔封孔。封孔盖帽6上留有预留孔，引出lvdt位移传感器供电线14及数据信号线13。
49.s5、连接数据采集仪
50.数据采集仪11通过数据信号线13与位移传感器5相连，数据采集仪11与数据处理计算机12相连。
51.s6、读取数据
52.与数据采集仪11连接的数据处理计算机12，将位移
‑
时间曲线以excel文件形式导出，实现隧道围岩深层松动圈变形长时间连续监测。
53.本发明涉及的隧道深层围岩松动圈变形监测方法采用的测量装置包括孔内测量
装置、外部供电装置和数据采集仪。
54.所述孔内测量装置包括测量杆1和位移传感器5，测量杆1为φ10mm的钢筋测量杆，设置在隧道围岩测量孔内。测量孔为隧道围岩上的钻孔，钻孔孔径为φ50mm。测量杆1与隧道围岩由钢筋锚固剂2锚固成为整体，隧道围岩沿径向运动将带动测量杆1运动。测量杆1通过焊接的连接片11与位移传感器5活动端相连，位移传感器5监测隧道围岩松动圈位移。位移传感器5为lvdt位移传感器,精度要求误差不大于0.02mm，量程不小于20mm。
55.测量孔内设置固定支架4，固定支架4与隧道围岩表面由锚栓紧固。固定支架4上方焊接位移传感器支架7，位移传感器5置于位移传感器支架7上。位移传感器支架7上方设置可调节松紧的圆形卡扣，拧紧卡扣以固定位移传感器5。
56.所述数据采集仪11通过信号输出线与位移传感器5相连，数据采集仪11与数据处理计算机12相连。测量孔孔口设置封孔盖6，封孔盖6上有预留孔，用于电源线8和信号输出线9的引出。在隧道开挖断面的拱顶13、拱腰14、边墙15三个位置钻孔安装测量装置，连续测量围岩深层松动圈位移，得到目标深度岩层连续的位移
‑
时间曲线。