一种适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统及方法与流程

1.本发明涉及地质灾害体监测、治理、设计技术领域，尤其是涉及一种适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统及方法，具体适用于公路、铁路、矿山、市政等复杂大型地质灾害及采空区监测工程中。


背景技术：

2.目前，随着铁路不断向山区延伸，越来越多的铁路不可避免的穿过不良地质灾害体，其中滑坡就是一种典型的地质灾害体，滑坡一旦发生将会对人民的生命财产造成严重的损失，通过监测手段科学的认识滑坡对于滑坡的整治设计具有重要的指导意义。目前对于滑坡深层位移监测的技术已经相对成熟，但是对于单孔深部位移监测采用单一监测技术存在精度高但造价高或者精度相对低但造价低的问题，如何实现高精度低投入的通过监测实现对滑坡的科学认识亟需得到解决。
3.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测技术方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.结合图1至图4所示，第一方面，本发明提供一种适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统，其包括：
7.钻孔；
8.测斜管，所述测斜管设置于所述钻孔中；
9.用于监测滑动带区域的saa设备，所述saa设备设置于所述测斜管内，所述saa设备上部通过电缆线引出孔口，实现监测数据对外发送；
10.用于监测滑动带上方区域的固定式测斜仪，所述固定式测斜仪设置于所述测斜管中且位于所述saa设备的上方；
11.注浆管，贯通设置于所述测斜管中，在注浆管的下部10
‑
20m范围的管壁上设有径向的注浆孔；通过所述注浆钢管向所述钻孔内的间隙注浆固化形成监测系统。
12.作为一种进一步的技术方案，所述saa设备的外部设置pvc管；
13.所述saa设备上部的电缆线套装于pex管中，所述pex管设置于所述测斜管的上部。
14.作为一种进一步的技术方案，在沿所述saa设备的全长范围内设置安全绳。
15.作为一种进一步的技术方案，所述测斜管的材质为pvc材质、abs材质或者铝合金材质。
16.作为一种进一步的技术方案，所述注浆管包括：
17.注浆钢管段，所述注浆钢管段位于钻孔上部；
18.注浆钢花管段，所述注浆钢花管段设置于所述钻孔底部，所述注浆钢花管的管壁螺旋分布出浆孔，用于钻孔内注浆，所述注浆钢花管的底部设置钢质导向帽。
19.第二方面，本发明提供一种监测方法适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测的方法，采用所述的适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统，其包括如下步骤：
20.制作saa设备，在saa设备外部设置变形协调pvc管；
21.通过钻机设备进行钻孔；
22.钻孔完成后安装测斜管，测斜管与孔壁采用细砂回填；
23.在测斜管中安装注浆管，注浆管从孔口延伸到孔底；
24.安装saa设备；
25.安装固定式测斜仪；
26.钻孔内注浆。
27.作为一种进一步的技术方案，所述安装saa设备包括如下步骤：
28.将saa设备的顶部的电缆线外安装延伸到孔口的pex管，在电缆线与saa设备之间安装重力加载装置，使得saa设备、重力加载装置及电缆线整体依次从钻孔孔口延伸到孔底。
29.作为一种进一步的技术方案，所述安装固定式测斜仪包括如下步骤：
30.安装时从最底部的滑轮开始，并在与底部滑轮连接段的第一或第二个接头处固定钢丝绳，防止设备在安装过程中落入测斜孔中；
31.安装时将钢丝绳顺连接管向上牵引，并一边安装一边释放钢丝绳；
32.安装传感器及滑轮组时应注意安装的方向，即保持固定轮所在的方向与传感器上标识的“ ”方向一致，同时在放入测斜管中时固定轮应与预期的倾斜方向保持一致。
33.作为一种进一步的技术方案，所述钻孔内注浆包括如下步骤：
34.注浆时水泥与水的配合比为1：0.6～0.8，从注浆管内注浆，注至孔口冒浆为止，注浆液从注浆孔压出，并填充注浆管与钻孔间的空隙，注浆钢内也有注浆液，注浆压力控制在0.8～2.0之间，注浆高度为saa设备埋设的高度范围内。
35.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
36.本发明在地质力学分析判断的基础上，针对各种自然灾害特点，建立全寿命周期成本理念、可适用于复杂艰险山区滑坡深部位移监测新技术。首先通过地质勘探打孔取芯研判坡体滑动带位置，其次确定监测设备布置，最后通过监测分析确定治理措施。本发明相对传统岩土体深部监测技术实现了三方面的技术优势：一是全深度覆盖监测，二是实现高精度实时监测，三是成本大大降低便于实现多点位监测联合研判。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统的示意图；
39.图2为图1的ii
‑
ii剖视图；
40.图3为图1的i
‑
i剖视图；
41.图4为图1中注浆管的剖面示意图；
42.图标：1
‑
安全绳；2
‑
pex管；3
‑
电缆线；4
‑
钢丝绳；5
‑
固定式测斜仪；6
‑
测斜管；7
‑
saa设备；8
‑
pvc管；9
‑
注浆管；10
‑
出浆孔。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
47.实施例一
48.本实施例提供一种适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统，其包括：钻孔、测斜管6、用于监测滑动带区域的saa设备7、用于监测滑动带上方区域的固定式测斜仪5、注浆管9；所述测斜管6设置于所述钻孔中；所述saa设备7设置于所述测斜管6内(saa设备7设置在根据地质力学研判确定的最不利滑动带区域)，所述saa设备7上部通过电缆线3引出孔口，实现监测数据对外发送；所述固定式测斜仪5设置于所述测斜管6中且位于所述saa设备7的上方，可以理解是，所述的最不利滑动上下区域采用saa设备7监测，其他区域采用固定式测斜仪5。所述注浆管9贯通设置于所述测斜管6中，在注浆管9的下部10
‑
20m范围的管壁上设有径向的注浆孔10；通过所述注浆钢管向所述钻孔内的间隙注浆固化形成监测系统。
49.可见，本实施例中的监测技术方法是由两种监测技术集成，滑动带区域安装高精度saa设备7，滑动带上方区域安装主动式测斜仪，对两段均实现自动化监测，通过后期的软件编程实现数据的整合分析。
50.本实施例中，优选地，所述saa设备7采用微机电加速度传感器，通过微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出集微机械零件、微电子传感器于一体的微机电传感系统，由多段子阵列通过串联而成，每个子阵列由7个mems加速度传感器节和1个微处理器节组成，长度为50cm或30cm；在钻孔的上部至孔口设有电缆段，实现外部数据发送。
51.本实施例中，优选地，所述saa设备7上部的电缆线3套装于pex管2中；所述pex管2
设置于所述测斜管6的上部。
52.本实施例中，优选地，所述的saa监测传感器的布置密度为监测传感器间距为1m，固定式测斜仪5传感器布置的密度为2
‑
3m。
53.本实施例中，优选地，在沿所述saa设备的全长范围内设置安全绳1，其作用用于在安装时未能满足设计要求时，采用机械提升方式，取出saa设备7。
54.本实施例中，优选地，所述测斜管6须采用直径80mm的测斜管6，由于孔内安装监测设备、注浆管9以及电缆线3引出。
55.本实施例中，优选地，所述的固定式测斜仪5传感器内3d
‑
mems倾角芯片，当传感器发生倾斜变化时，通过测量静态重力加速度的变化，将其转换成倾角变化。其内部倾角芯片的硅电容感应元件由3层硅片构成，形成立体结构，当发生倾斜时，中间质量片会倾向某一侧，从而使两侧的电容发生变化。通过电压值可反映相应的加速度值，进而可计算角度值。有电压输出型，数据采集精度取决于采集模块数据采集精度。还有为24位精度倾角探头，探头内部封装有24位精度ad转换ic和单片机系统，为485总线输出方式，直接连接电脑可显示角度与位移。
56.本实施例中，优选地，所述测斜管6的材质为pvc材质、abs材质或者铝合金材质。具体地，所述钻孔的深度在50m左右采用高强度pvc测斜管6；所述钻孔的深度在100及100m以上，采用abs材质或者铝合金材质测斜管6。
57.本实施例中，优选地，所述注浆管9包括：注浆钢管段和注浆钢花管段；即，注浆管9分两段，注浆钢花管段和注浆钢管段。前者位于钻孔底部，管壁螺旋分布出浆孔，用于钻孔内注浆，将各部件粘结紧密，其底部设置钢质导向帽，起到导向作用，以便设备能顺利安装就位。后者位于钻孔上部，是浆液流通渠道，兼作定制saa设备7定位辅助作用。
58.实施例二
59.本实施例提供一种监测方法适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测的方法，采用所述的适用于复杂艰险山区铁路地质灾害监测系统，其包括如下步骤：
60.制作saa设备；
61.具体地，saa设备采用工厂化制作，并运至施工现场，首先把φ16
×
2mmpex管套入awg14电缆线3，接口处用配套的连接头连接并采用专用胶水连接成整体。
62.在saa设备7外部设置变形协调pvc管8；
63.具体地，考虑后期saa设备7重复利用，一般在saa外部设置变形协调pvc管8，φ32*2.4mm。每4m一节。节与节采用专用连接头连接并采用专用胶水连接成整体。
64.注浆管9的选择；
65.具体地，注浆钢管一般采用7
‑
8m长、φ20
×
3.0mm无缝钢管，工程中可依据需要截短。在控制注浆部位钢管设置出浆孔，孔眼直径为φ8
‑
10mm，螺旋形布置。注浆前进行牢固封闭。
66.通过钻机设备进行钻孔；
67.具体地，采用1000m钻机设备(型号：xy
‑
4)钻孔，孔经不小于110mm。孔深最大允许偏差为
±2‰
，每钻进50m必须校正一次。孔斜每100m不超过2
°
，每钻进50m必须校正一次。孔壁应保持平整，不得出现葫芦状，以保证孔内测斜设备能顺利进行。完整基岩中禁用钢粒钻进，确保孔壁光滑。
68.钻孔完成后安装测斜管6，测斜管6与孔壁采用细砂回填；
69.在测斜管6中安装注浆管9，注浆管9从孔口延伸到孔底；
70.安装saa设备7；
71.具体地，对saa设备的顶部awg14电缆线3外安装延伸到孔口的φ16
×
2mmpex管2，在awg14电缆线3与φ25mmsaa设备之间安装重力加载装置，saa设备、重力加载装置及awg14电缆线3从钻孔孔口延伸到孔底。
72.安装固定式测斜仪5；
73.具体地，安装时应从最底部的滑轮开始，并在与底部滑轮连接段的第一或第二个接头处固定钢丝绳4(配合钢丝卡固定)，防止仪器在安装过程中落入测斜孔中。安装时将钢丝绳4顺连接管向上牵引，并一边安装一边释放钢丝绳4。安装传感器及滑轮组时应注意安装的方向，即保持固定轮所在的方向与传感器上标识的“ ”方向一致，同时在放入测斜管6中时固定轮应与预期的倾斜方向保持一致。
74.钻孔内注浆。
75.具体地，注浆时水泥与水的配合比为1：0.6～0.8，从注浆管9内注浆，注至孔口冒浆为止，注浆液从注浆孔压出，并填充注浆管9与钻孔间的空隙，注浆钢内也有注浆液，注浆压力控制在0.8～2.0之间，注浆高度为saa设备7埋设的高度范围内。
76.综上，采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
77.本发明在地质力学分析判断的基础上，针对各种自然灾害特点，建立全寿命周期成本理念、可适用于复杂艰险山区滑坡深部位移监测新技术。首先通过地质勘探打孔取芯研判坡体滑动带位置，其次确定监测设备布置，最后通过监测分析确定治理措施。本发明相对传统岩土体深部监测技术实现了三方面的技术优势：一是全深度覆盖监测，二是实现高精度实时监测，三是成本大大降低便于实现多点位监测联合研判。
78.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。