[发明专利]一种隧道顶板围岩位移测量装置及方法

说明书

本发明提供一种隧道顶板围岩位移测量装置及方法，属于隧道测量技术领域。该装置包括球形测点、柱形刻度管、联通管、单通阀门、安装顶杆，球形测点和柱形刻度管通过联通管连接，单通阀门安装在柱形刻度管上端，连通管内包裹通气管和通液管，球形测点连接安装顶杆和戳土结构。测量前通过钻孔将球形测点埋置于工作面前方未开挖区域的顶板围岩中，柱形刻度管固定在施工横通道侧壁上，其中柱形刻度管的体积小于球形测点的体积的50％，随着工作面的推进，记录柱形刻度管液面的下降值h，进一步推算由于开挖所引起的顶板围岩沉降值。该测量系统可以测量出开挖引起的前期沉降和急剧沉降全过程，具有测点无需调平，测量范围大的优点。

技术领域

本发明涉及隧道测量技术领域，特别是指一种隧道顶板围岩位移测量装置及方法。

背景技术

随着城市人口的激增，路面交通日趋拥挤，城市地下轨道交通已经进入了快速发展阶段。与此同时，由于地质条件差，开挖断面大，施工扰动等，经常会引起地表沉降过大，甚至地表塌陷、建筑物倾斜等工程灾害。究其原因，很大一部分是由于土层参数不明，支护时间和强度不合理而造成的，而能否准确测量出由于开挖引起的顶板围岩沉降，对识别土层的力学参数，确定合理的支护时间和支护强度具有重要的意义。现有的测量方法大都是等工作面推进后再将测点布置衬砌结构上，其往往忽略了前期沉降和急剧沉降两个重要沉降过程，这实际上不能真正意义地测量出开挖所引起的顶板围岩沉降。针对这一问题，本发明提供一种隧道顶板围岩位移测量装置及方法，其通过钻孔将测点布置在工作面前方未开挖区域的顶板上方，从而能够较好地测量出开挖所引起的整个沉降过程。

发明内容

本发明未解决现有测量方法未能体现前期沉降和急剧沉降两阶段的顶板围岩沉降等问题，提供一种隧道顶板围岩位移测量装置及方法，能够较为准确地测量出由于隧道开挖引起的总沉降量。

该装置包括球形测点、柱形刻度管、联通管、单通阀门和安装顶杆，球形测点和柱形刻度管通过联通管相连，单通阀门安装在柱形刻度管上端，球形测点上半球外侧加工有戳土结构，球形测点下半球外侧加工有环形套筒，安装顶杆紧密嵌于环形套筒内，测量前，球形测点埋置于工作面前方未开挖区域的顶板围岩中，柱形刻度管固定在施工横通道侧壁上，柱形刻度管的轴向与水平面垂直。

其中，联通管由通气管和通液管包裹于刚性外护套内而构成，通气管两端分别与柱形刻度管上端和球形测点上端相连，通液管两端分别与柱形刻度管下端和球形测点下端相连。

柱形刻度管的体积小于球形测点的体积的50％，保证在球形测点随顶板围岩沉降过程中，球形测点空腔内的液体不会从上端通气管溢出。

戳土结构和环形套筒轴向位于同一直线且穿过圆心，并与水平向的夹角呈10-30度。

单通阀门保证球形测点内气体只能够单向进入柱形刻度管。

柱形刻度管外部刻有刻度，且零刻度位于管身上部。

该装置使用时，球形测点和顶板围岩的钻孔之间充满膨化剂。

应用该测量装置的方法，包括步骤如下：

S1：沿工作面倾斜向上钻孔，钻进角度等于戳土结构与水平向之间的夹角，钻进至隧道顶板开挖轮廓线外停止；

S2：将安装顶杆嵌入球形测点的环形套筒中，将球形测点送至钻孔顶端，使戳土结构插入孔顶的岩土体中；

S3：取出安装顶杆，捣入与钻孔同直径的圆塞，然后在圆塞与孔顶所形成的空腔内打入膨化剂，从而将球形测点与岩土体固结为一体；

S4：将柱形刻度管缓慢抬升至液面与零刻度重合，并固定在施工横通道侧壁上，再次调平；

S5：随着工作面的推进，记录柱形刻度管液面的下降值h，进一步推算由于开挖所引起的顶板围岩沉降值Δh。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：