[发明专利]一种隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置及监测方法

说明书

本发明公开了一种隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置及监测方法，属岩土工程技术领域，旨在表征围岩内部失稳的关键前兆特征。装置包括中空椭圆型金属球、凹槽管、圆管和电线，利用钻机向围岩内部钻多个钻孔，并向多个钻孔内装入凹槽管，通过凹槽管将中空椭圆型金属球顶入钻孔底部；对凹槽管施加压力将中空椭圆型金属球在钻孔底部挤压变形，之后拔出与中空椭圆型金属球活动连接的凹槽管，同时引出电线，使中空椭圆型金属球卡死在钻孔底部；向钻孔内注满导电注剂，将中空椭圆型金属球、电线、导电注剂、电池、指针电子钟串联，并记录不同钻孔连接的指针电子钟的起始时刻和停止时刻。其装置结构简单，操作方便，监测精确度高，成本低。

技术领域

本发明涉及一种凹槽管装置及监测方法，尤其是一种适用于岩土工程领域的基于导电注剂的隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置及监测方法。

背景技术

由于成岩、构造运动及其他外部营力的作用，岩体中一般具有一定的宏观和微观裂隙(张开度小于1mm)。外部营力改变，裂隙周边特别是端部，产生应力集中现象，进而在缝端开始破坏。微裂缝逐渐扩展、累积最终也可能演变成宏观裂缝。例如锦屏二级水电站，由于开挖卸荷及围岩应力重调整作用，在侧壁浅部位围岩中生成小角度进平行洞壁张拉裂隙，较深部位生成具有一定弧度的剪切裂隙。由于岩体微裂隙隐蔽性强、潜在危害性大，围岩内部微裂隙发育信息是隧道危石垮塌等灾害的关键前兆特征，其发育时间、发育深度监测尤为重要。

目前常用钻孔成像仪、超声波波速仪、地质雷达、微震监测系统等设备测试隧道浅表围岩质量。钻孔成像仪、超声波波速仪、地质雷达等能够监测隧道围岩松动圈，但价格昂贵、无法识别微裂隙，且目前技术水平尚不能在线监测，往往错过微裂隙发育时间。微震监测是通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等作出评价，价格昂贵且无法区分微裂隙和宏观裂隙。现场施工人员也能对隧道围岩表面宏观裂隙进行地质素描，但不能发现围岩内部隐蔽性强的微裂隙。所以亟需一种方法解决上述监测手段存在的各类突出问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的就是要解决隧道围岩内部微裂隙发育特征监测难题，提供一种基于导电注剂的隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置及监测方法。

技术方案：本发明的一种隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置，包括中空椭圆型金属球、凹槽管、圆管和电线，所述的圆管略长于凹槽管，嵌装在凹槽管表面上的凹槽内，前端伸出，所述的中空椭圆型金属球设在圆管伸出的前端，所述的电线焊接在中空椭圆型金属球上，从圆管的管内引出。

所述的凹槽管的外径为25～30mm，凹槽管表面上的凹槽宽度不大于凹槽管外径的四分之一，凹槽的深度不大于凹槽管外径的四分之一。

所述的中空椭圆型金属球的短轴与所述的凹槽管的外径相等，长轴为所述的凹槽管的外径的1.2～2倍，材质为铁、铜、铝、或具有良好延展性和导电性的金属。

所述的圆管的外径为不大于所述的凹槽管的凹槽宽度和凹槽深度，外径与所述的凹槽管的外径相内切，并固定连接。

一种使用上述隧道围岩内部微裂隙发育特征的凹槽管装置的监测方法，包括如下步骤：

a.隧道开挖后，使用钻机向围岩内部钻多个钻孔，之后向多个钻孔内装入凹槽管，通过凹槽管将中空椭圆型金属球顶入钻孔底部；

b.对凹槽管施加压力将中空椭圆型金属球在钻孔底部挤压变形，之后拔出与中空椭圆型金属球活动连接的凹槽管，同时引出电线，使中空椭圆型金属球卡死在钻孔底部；

c.安装注浆管，并在靠近隧道围岩浅表端部进行封孔，然后向钻孔内注入导电注剂，直到注满钻孔；

d.注浆作业完成后，在达到导电注剂的初凝时间时，拔出注浆管，将与中空椭圆型金属球相连的电线、导电注剂与电池、指针电子钟串联在一起，并记录指针电子钟的起始时刻；