[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

说明书

本发明公开了一种隧洞开挖围岩全过程变形曲线超前监测装置及实施方法，包括钢管弹性体、高差计结构和埋置光纤，以及实施步骤；所述的高差计为为等距离串联结构，固定于钢管内；所述的埋置光纤封装于钢管表面槽内；所述的高差计和埋置光纤与钢管形成变形协调结构，通过计算高差变化和光纤变形情况可以推算围岩变形；所述的实施步骤包括钻孔、钢管安装、高差计组装、埋置光纤封装以及钻孔封孔灌浆。本发明可以对隧洞开挖掌子面前围岩变形曲线进行测试计算，为工程动态设计、施工和安全提供支持。

技术领域

本发明涉及地下工程围岩变形测量控制领域，具体是隧道开挖围岩变形曲线超前监测装置及方法。

背景技术

隧洞工程一般规模较大，工程地质条件复杂，岩体开挖过程中洞周岩体(围岩)由于应力重新调整而产生变形。围岩的稳定性受多种因素影响，工程实践表明，施工期间隧洞围岩变形情况在隧洞围岩稳定性评价以及洞室支护参数选择等方面具有重要的参考作用。目前，隧洞的变形监测主要集中在岩体位移、收敛沉降等方面，使用的测量仪器主要包括水准仪、经纬仪、全站仪等常规测量设备以及摄影测量设备等，测量精度较高，但存在以下缺点：(1)均为点式测量，布点具有随意性，增加测点数虽可提高可靠性，但会大大的增加成本，且测点布置受洞内施工组织影响很大；(2)测量对象多为隧洞内部洞壁变形情况，不能反映围岩内部的变形情况；(3)测量只针对已开挖的洞段，不能对开挖掌子面之前未开挖和正开挖的洞段变形情况进行监测，所测得值并非围岩整个变形阶段的量值，不能反应围岩真实变形特征，而这一变形特征在分析评价围岩稳定及洞室支护设计方面尤为重要。因而，设计研究一种能对隧洞开挖掌子面前后围岩全过程变形量值进行连续测量的装置成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，能够对隧道开挖施工中围岩变形进行超前监测，可解决上述技术问题，可对开挖断面前后围岩的洞段变形情况进行监测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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、开挖隧洞、设于开挖隧洞的围岩中的钻孔、设置在钻孔内的钢管、钢管内的钢管埋置光纤和至少一个高差计，在钻孔的一侧设置有钻孔外侧口密封体，钻孔内设置有灌浆管和钢管，钢管的一端设置有钢管外侧端密封体，钢管的外侧表面开设有钢管光纤槽和钢管埋置光纤进入孔，钢管的另一端设置有钢管内侧端堵头，钢管埋置光纤封装于钢管光纤槽内，钢管埋置光纤的两端引出钢管外，至少一个高差计置于钢管内，所述高差计通过高差计光纤串联起来，并通过高差计固定缆绳固定于钢管内端端的钢管内侧端堵头，高差计光纤两端分别引出钢管外侧端以方便测量，高差计液管也通过高差计固定缆绳与高差计和高差计光纤相连。

进一步地，所述的钻孔位于开挖隧洞开挖掌子面前顶部围岩中，与隧洞轴线方向一致并且与隧洞轴线成一定角度。钻孔可通过TBM观测孔或者其他可以操作的地方钻进形成，其长度可根据测量需求设定。

进一步地，所述的高差计通过高差计光纤等距离相连形成串联结构，高差计光纤两端皆可进行信号测量；高差计串联结构通过高差计固定缆绳固定于钢管内侧端堵头，钢管内侧端堵头固定于钢管内侧端，从而使高差计串联结构固定于钢管内；将高差计光纤两端分别引出钢管外侧端以方便测量；所述的高差计可以根据测量长度需要调整串联的数量，或者增加额外的串联结构，与已有的串联结构形成等距或变距分布，分别进行测量。