[发明专利]一种深部软岩钻孔变形开裂一体化非接触监测装置及方法

说明书

本发明提供了一种深部软岩钻孔变形开裂一体化非接触监测装置及方法，涉及深部工程现场监测领域。装置包括钻孔变形开裂一体化非接触监测探头、透明接管导向环、透明接管、透明接管端口约束法兰、数据采集仪、手摇推送装置等，用于进行深部软弱破碎围岩钻孔变形开裂一体化监测。本发明能够对钻孔变形和破裂进行一体化三维非接触监测，极大提高了数据采集的多样性和现场监测的便捷性，另外解决了塌孔问题避免了设备损失。其次本发明实现了非接触监测探头的平稳推送，确保了数字图像的平展性和三维点云的连续性。

技术领域

本发明涉及深部工程现场监测领域，具体而言，尤其涉及一种深部软岩钻孔变形开裂一体化非接触监测装置及方法。

背景技术

深部软弱破碎围岩隧道大变形问题是深部工程面临的世界性难题之一，围岩变形、破裂的现场监测是揭示深部软岩大变形机理并提出有效控制措施的必要手段。

当前深部软岩隧道围岩内部变形监测面临的最大挑战之一是钻孔塌孔造成的设备和经济损失，孔壁加固技术虽能减小塌孔风险但影响了数据采集的真实性；再者，目前的围岩变形监测大多基于多点位移计监测钻孔的一维变形间接反映，而且钻孔变形和破裂分不同孔测量，使得监测数据无法相互佐证，破坏了数据之间的耦合关系。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种深部软岩钻孔变形开裂一体化非接触监测装置及方法。本发明采用集成的数字钻孔电视和孔内三维激光扫描实现深部软弱破碎围岩的变形、开裂一体化非接触三维监测，同时装置采用透明接管技术避免了深部软弱破碎围岩塌孔问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种深部软岩钻孔变形开裂一体化非接触监测装置，包括：

设置在隧道底板上的支撑结构，固定在所述支撑结构上的推送装置、数据采集仪以及连接在推送接杆末端且由所述推送装置直线推送入隧道钻孔的钻孔变形开裂一体化非接触监测探头；和

设置在隧道钻孔内部、沿钻孔方向延伸的若干个首尾相接的透明接管；

所述钻孔变形开裂一体化非接触监测探头透过所述透明接管对钻孔孔壁变化进行探测。

进一步地，通过布置在两个透明接管连接处外壁的透明接管导向环实现连接后的各透明接管在钻孔内部的同轴布置；

所述透明接管导向环主要包括：固定环、活动环1、活动环2、透明接管导向轮，其中固定环由两个相同的半圆环构成且通过透明接管导向环紧箍螺栓套箍在所述的透明接管的外壁上；

活动环1和活动环2分别与固定环通过活动环1连接弹簧和活动环2连接弹簧连接，活动环1与导向轮撑杆1通过导向轮撑杆1连接销铰接，活动环2和导向轮撑杆2通过导向轮撑杆2连接销铰接；

所述透明接管导向轮设在导向轮撑杆1和导向轮撑杆2端部“U”型槽内。

进一步地，透明接管与钻孔孔壁之间存在用于容纳所述透明接管导向环的间隙。

进一步地，各透明接管之间通过螺纹连接。

进一步地，所述钻孔变形开裂一体化非接触监测探头主要包括：顺序集成的孔内三维激光扫描探头和数字钻孔电视摄像头，所述孔内三维激光扫描探头连接孔内三维激光扫描控制器，所述数字钻孔电视摄像头连接数字钻孔电视控制器；

所述孔内三维激光扫描探头和数字钻孔电视摄像头设置在玻璃管内部；

所述钻孔变形开裂一体化非接触监测探头两端设有呈圆周阵列布置的探头导向轮；

所述钻孔变形开裂一体化非接触监测探头与所述数据采集仪通过数据线连接且所述钻孔变形开裂一体化非接触监测探头的端部设有推送接杆。

进一步地，所述推送装置主要包括：并列设置的两个“F”型夹持件、主动推送轮、从动推送轮和摇把；