[发明专利]一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置及其实施方法

权利要求书

1.一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置,包括围岩(1)、开挖隧洞(2)、设于开挖隧洞(2)的围岩(1)中的钻孔(3)、设置在钻孔(3)内的钢管(4)、钢管(4)内的钢管埋置光纤(5)和至少一个高差计(6)，在钻孔(3)的一侧设置有钻孔外侧口密封体(301)，钻孔(3)内设置有灌浆管(302)和钢管(4)，钢管(4)的一端设置有钢管外侧端密封体(401)，钢管(4)的外侧表面开设有钢管光纤槽(402)和钢管埋置光纤进入孔(403)，钢管(4)的另一端设置有钢管内侧端堵头(404)，钢管埋置光纤(5)封装于钢管光纤槽(402)内，钢管埋置光纤(5)的两端引出钢管(4)外，至少一个高差计(6)置于钢管(4)内，所述高差计(6)通过高差计光纤(601)串联起来，并通过高差计固定缆绳(7)固定于钢管(4)内端的钢管内侧端堵头(404)，高差计光纤(601)两端分别引出钢管(4)外侧端以方便测量，高差计液管(602)也通过高差计固定缆绳(7)与高差计(6)和高差计光纤(601)相连。

2.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，其特征在于，所述的钻孔(3)位于开挖隧洞(2)开挖面前顶部围岩(1)中，与隧洞(2)轴线方向一致并且与隧洞(2)轴线成一定角度，钻孔(3)通过TBM观测孔或者其他可以操作的地方钻制形成。

3.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，其特征在于，所述的高差计(6)通过高差计光纤(601)等距离或变距离相连形成串联结构固定于钢管(4)内，高差计光纤(601)两端皆可进行信号测量。

4.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，其特征在于，所述钢管(4)为管状结构，内部直径可放置高差计(6)串联结构以及高差计光纤(601)和钢管埋置光纤(5)，外径小于钻孔(3)直径，且在钻孔(3)孔口能设置灌浆管(302)，所述钢管(4)在其外侧相对位置处设有钢管光纤槽(402)，所述的钢管(4)在其内侧和外侧位置钢管光纤槽(402)内分别设有钢管埋置光纤进入孔(403)，埋置于钢管光纤槽(402)内的钢管埋置光纤(5)通过钢管埋置光纤进入孔(403)进入钢管(4)内并引出管外进行测量。

5.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，所述钢管埋置光纤(5)通过环氧树脂或其他粘接材料封装于钢管光纤槽(402)内，与钢管(4)形成变形协调体；所述钢管埋置光纤(5)和钢管埋置光纤进入孔(403)可设置多根和多个，以满足不同的测量长度需求。

6.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，其特征在于，所述的钢管埋置光纤(5)为FBG光纤，可对微变形进行测量。

7.根据权利要求1所述的一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置，其特征在于，所述的钻孔(3)在其孔口设有钻孔外侧口密封体(301)将钢管连同高差计(6)及钢管埋置光纤(5)结构密封于钻孔(3)内；钢管埋置光纤(5)和高差计光纤(601)可通过钻孔外侧口密封体(301)引出钻孔(3)孔口外进行测量；钻孔(3)孔口设有灌浆管(302)，在钻孔(3)密封后对钻孔(3)进行灌浆密封，使整体结构形成变形协调结构。

8.一种根据权利要求1-7任一所述的隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在开挖隧洞(2)开挖断面顶端根据测量需要进行钻孔(3)制作；

步骤2：对分段钢管相应位置分布进行钢管光纤槽(402)和钢管埋置光纤进入孔(403)的制作；

步骤3：将高差计(6)串联，并在每个高差计(6)的高差计液管(602)内注入一定量的溶液，从而可进行测量；将高差计(6)通过高差计固定缆绳(7)固定于钢管内侧端堵头(404)，将钢管内侧端堵头(404)固定于钢管(4)内侧端；如有多个高差计(6)串联结构，可分别按等距或变距离布置于钢管内；将高差计光纤(601)引出管外；

步骤4：将钢管埋置光纤(5)封装于钢管光纤槽(402)内，将光纤两端引出管外；

步骤5：将钢管(4)分别放入钻孔(3)内，对每段进行焊接，并根据长度连接整理高差计(6)和对钢管埋置光纤(5)进行封装，将高差计(6)光纤和钢管埋置光纤(5)尾端穿过钢管(4)最后引出管外；

步骤6：钢管(4)全部放入钻孔(3)后，对钢管(4)进行固定，将光纤引出钻孔(3)外，并对钢管(4)尾端进行密封处理；

步骤7：对钻孔(3)孔口进行密封处理；

步骤8：通过灌浆管(302)对钻孔(3)进行灌浆，使钢管(4)与围岩(1)通过注浆体形成变形协调结构；

步骤9：进行隧洞开挖，同时对高差计光纤(601)和钢管埋置光纤(5)进行测量，记录数据；

步骤10：对测量数据进行处理，计算绘制围岩变形曲线。