專利名稱：套管式鉆孔多點引伸計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置，尤其是用于隧道圍巖松動變形測量的套管式鉆孔多點引伸計。
背景技術(shù)：
隧道的監(jiān)測在隧道工程中占有重要的位置，隧道的監(jiān)控量測就是在隧道開挖過程中，使用各種儀器設(shè)備和量測器材，對隧道的各種位移，應(yīng)力等等進(jìn)行量測。隧道由于其自身的特殊性，其現(xiàn)場監(jiān)測具有特殊的重要作用，其重要性猶如對鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)所進(jìn)行的靜力計算一樣。隧道在開挖后，洞周圍巖原始應(yīng)力場遭到破壞，其所處的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，打破了開挖前的應(yīng)力平衡狀態(tài)，圍巖會通過變形和應(yīng)力的調(diào)整來達(dá)到一個新的平衡。這個調(diào)整是一個動態(tài)的過程，因此圍巖的變形也是一個動態(tài)過程，圍巖內(nèi)部各點的位移是圍巖變形的動態(tài)表現(xiàn)，它能反映圍巖內(nèi)部的松弛程度和松弛范圍的大小，也是判斷圍巖穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)指標(biāo)，通過圍巖變形動態(tài)信息來掌握圍巖的變形趨勢，即由量測獲得位移—時間曲線，對各時刻的總位移量、位移速度以及位移加速度的變化趨勢加以分析，從而把握圍巖的變形狀況。一般來說，自洞壁向圍巖深部變形逐漸減小，隨著時間的增加，變形逐漸趨向穩(wěn)定。因此，可對洞周圍巖不同深度處的徑向位移進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，尋找不同深度位移突變的位置，確定同一深度位移趨向穩(wěn)定的時間，即可預(yù)報圍巖大變形，確定適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)時間。
隧道施工本身具有一定的復(fù)雜性，其變形監(jiān)測目前還沒有非常完善的儀器，其自身的特點對隧道的監(jiān)測儀器也有一定的要求，概括起來有以下幾點1、設(shè)備精度要求高；2、自動化程度要求高；3、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；4、操作性強(qiáng)。隧道圍巖松動變形的測量目前主要有兩大類方法，一類是只測量洞壁離面位移的方法，該方法只能測到洞壁表面的收縮量，多數(shù)采用收斂計測量；另一類是采用鉆孔多點位移計對不同深度的位移進(jìn)行測量。
多點位移計是用于測量巖體深部不同部位的相對位移，或相對于某一基準(zhǔn)點的絕對位移，多點位移值是由量測結(jié)果直接得到的，由于淺部測點疊加了深部測點的位移，因而使得量測值不能直觀地反映圍巖深部各點的位移情況。圍巖越深，其絕對位移應(yīng)越小，所以當(dāng)鉆孔較深時可以近似地認(rèn)為孔底測點的位移為零或者可以忽略不計。這樣，采用相對位移值，比直接量測值更能直觀地反映圍巖深部各點的位移情況。其基本原理是沿洞壁向圍巖深部的不同方位(一般沿洞壁法線方向)鉆孔，用多點位移計埋設(shè)于鉆孔內(nèi)，形成一系列測點。通過測點引出的鋼絲或金屬導(dǎo)桿將測點巖石的位移傳遞到鉆孔孔口，觀測由錨固點到孔口的相對位移，從而計算出錨固測點沿鉆孔軸線方向的位移分布，可使用電測法或機(jī)械表量測法等進(jìn)行量測。多點位移計的埋設(shè)方式可分為開挖前的預(yù)埋和開挖過程中的現(xiàn)埋，預(yù)埋的多點位移計至少要在開挖到觀測斷面之前相當(dāng)于兩倍洞室斷面最大特征尺寸的距離時就已埋沒完畢，并開始測取初讀數(shù)?，F(xiàn)埋則儀器要盡量靠近掌子面，因為開挖開始之后，圍巖會迅速發(fā)生應(yīng)力的釋放，變形也會迅速產(chǎn)生，同一鉆孔中的錨固測點應(yīng)多布置在位移梯度較大的范圍內(nèi)。多點位移計測量的結(jié)果可包括各測點位移與時間的關(guān)系，各測點位移與開挖進(jìn)尺之間的關(guān)系，鉆孔內(nèi)沿軸線方位的位移變化與分布狀況，這種分布形式的實測資料對選擇位移反分析模型很有幫助和意義。
多點位移計有傳感器式和機(jī)械式兩類。傳感器式成本高、穩(wěn)定性差，不能用于長期監(jiān)測和大量使用。機(jī)械式主要采用桿式多點位移計，其主要缺陷在于兩個方面(1)采用全孔粘固，各深度的位移有時會相互干擾，使測量結(jié)果失真，這種全孔灌漿接觸對變形的影響非常顯著，特別是在軟弱巖體中。通常采用全長灌漿時，對所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時都要充分考慮到砂漿對圍巖的加固作用，在軟巖中更是不可忽視，但是這種加固作用到底有多大的影響，目前只能依靠經(jīng)驗來進(jìn)行判斷。(2)桿式多點位移計的原材料和加工成本比較高，因此應(yīng)用成本較高，不利于推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠準(zhǔn)確的對多個不同深度的位移進(jìn)行測量的套管式鉆孔多點引伸計。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是套管式鉆孔多點引伸計，其特征是包括引伸桿和空套在引伸桿上的至少一層引伸管，逐層套裝的引伸管的數(shù)量根據(jù)不同深度的測量點數(shù)量確定；引伸桿和引伸管伸入測量孔的一端固定有粘固藥包，引伸桿和逐層套裝的引伸管上的粘固藥包沿監(jiān)測孔的孔的底部至孔口順序間隔排列，各個粘固藥包的軸向位置與測量孔內(nèi)各個測點的位置相對應(yīng)，引伸桿和引伸管的另一端延伸至測量孔的孔口。利用百分表等測量工具，即可方便的對孔口位置處的引伸桿和引伸管的端部進(jìn)行測量，從而方便的測量到引伸桿和引伸管所對應(yīng)的不同深度的相對位移量或絕對位移量。
為了便于更好的確定粘固藥包的位置，引伸桿和引伸管伸入測量孔的一側(cè)固定設(shè)置有的固定卡盤，固定卡盤的外徑略小于測量孔的孔徑，使其方便的進(jìn)入測量孔而不發(fā)生干涉，粘固藥包設(shè)置在固定卡盤處。
為了方便安裝，便于在送入引伸桿或引伸管到達(dá)所需位置后便于粘固藥包與測量孔的孔壁的粘接固定，防止在安裝的時候粘固藥包的位置發(fā)生移動，在引伸桿和引伸管上空套有外徑略小于測量孔的孔徑的活動卡盤，固定卡盤與活動卡盤之間形成安裝粘固藥包的空間。通過外力沿軸向推壓活動卡盤，粘固藥包被擠壓后可以方便準(zhǔn)確的固定在測量孔的孔壁上。
為了更加方便安裝，固定卡盤設(shè)置在引伸桿和引伸管的端部，相鄰的粘固藥包之間設(shè)置有頂管，頂管空套在相應(yīng)的引伸桿或引伸管上，頂管的兩端分別與相鄰的粘固藥包的固定卡盤和活動卡盤接觸。
本發(fā)明的有益效果是采用上述技術(shù)方案后，可以保證錨固的藥包只作用在需要固定的部位，引伸桿和各引伸管通過粘固藥包與巖體形成較小面積的牢固接觸，這種分段粘固的方式，使隧道圍巖各深度的松動位移被完全獨(dú)立的測量下來，測量的結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，減小了實驗儀器本身對巖體位移結(jié)果的影響，并且將多個不同深度的位移監(jiān)測集中到一個鉆孔中進(jìn)行，極大的簡化了現(xiàn)場操作的復(fù)雜性，直接測量到的圍巖變形，使得測量更加準(zhǔn)確。具有環(huán)境適應(yīng)性好、操作簡單、測量精度高、成本低、一般人員稍經(jīng)指導(dǎo)就可以進(jìn)行操作的特點。在施工條件比較惡劣的隧道環(huán)境中，可以節(jié)省時間和工作量，容易得到施工單位的配合。儀器的保護(hù)也非常容易，外面加一個小的保護(hù)蓋，面積非常小，不容易被破壞，尤其適合于在現(xiàn)有的隧道圍巖松動變形測量中推廣使用。


圖1是本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)的水平方向剖視示意圖。
圖中標(biāo)記為測頭1、引伸管2、引伸桿3、固定卡盤4、活動卡盤5、頂管6、插孔10、粘固藥包11、測量孔20、底部21、孔口22。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的套管式鉆孔多點引伸計，包括引伸桿3和空套在引伸桿3上的至少一層引伸管2，引伸桿3和引伸管2作為將測量孔20中相應(yīng)深度的變形量傳遞到孔口22處進(jìn)行測量的傳遞桿，引伸管2空套在引伸桿3上可以使其沿軸向的移動不受引伸桿3的影響；同樣的道理，多層引伸管2之間也是相互空套的，即大直徑的引伸管2空套在小直徑的引伸管2上，使其相互之間的軸向移動不受影響。引伸桿3的長度與測量孔20的深度相適配，引伸桿3和引伸管2伸入測量孔20的一端固定有粘固藥包11，粘固藥包11可采用巖石錨固工程中慣常采用的錨固劑(錨固藥包)。引伸桿3和逐層套裝的引伸管2上的粘固藥包11沿監(jiān)測孔20的底部21至孔口22順序間隔排列，安裝時使其各個粘固藥包11的軸向位置與測量孔20內(nèi)各個測點的位置相對應(yīng)。引伸桿3和引伸管2的另一端延伸至測量孔20的孔口22，便于安裝完畢后通過對引伸桿3和引伸管2端部的測量，測量可采用電子百分表等進(jìn)行，通過測引伸桿3和引伸管2的頂端的伸縮來測讀圍巖的位移，來實現(xiàn)對隧道圍巖內(nèi)不同深度的松動變形量的測量。
為了保證在安裝時將粘固藥包11固定在測量孔20中的準(zhǔn)確位置，在引伸桿3和引伸管2伸入測量孔20的一側(cè)固定設(shè)置有固定卡盤4，固定卡盤4的外徑略小于測量孔20的孔徑，粘固藥包11設(shè)置在固定卡盤4處。固定卡盤4起到定位粘固藥包11的位置的作用，安裝時，用外力抵推粘固藥包11讓其與固定卡盤4貼緊即可。
為了方便安裝，引伸桿3和引伸管2上空套有外徑略小于測量孔20的孔徑的活動卡盤5，活動卡盤5也是空套在相應(yīng)的引伸桿3或引伸管2上，固定卡盤4與活動卡盤5之間形成安裝粘固藥包11的空間。安裝時，用外力抵推活動卡盤5即可將粘固藥包11適量的擠向測量孔20的內(nèi)壁上，使其很好的粘固在測量孔20的內(nèi)壁上。
為了減少安裝工序，更好的方便安裝，可將固定卡盤4固定在引伸桿3和引伸管2的端部，相鄰的粘固藥包11之間設(shè)置有頂管6，頂管6空套在相應(yīng)的引伸桿3或引伸管2上，頂管6的兩端分別與相鄰的粘固藥包11的固定卡盤4和活動卡盤5接觸。這樣，在安裝時，后面安裝的引伸管2在裝入時即可利用其端部的固定卡盤4，推動頂管6擠壓前面安裝的引伸桿3或引伸管2上的活動卡盤5來擠壓粘固藥包11，使其粘固藥包11與測量孔20的孔壁的粘接位置準(zhǔn)確且固定牢靠。
為了方便測量和方便制作，降低制作成本，引伸桿3和引伸管2伸至測量孔20的孔口22的一端基本齊平，引伸桿3和引伸管2的長度與測量孔20內(nèi)各個測點深度相對應(yīng)。
為了保證測量的準(zhǔn)確性，可以在孔口22處固定安裝測頭1，測頭1的外端面設(shè)置插孔10，插孔10的孔徑小于對應(yīng)的引伸桿3的直徑和引伸管2的管壁厚度，這樣在使用百分表等進(jìn)行測量時可保證不發(fā)生偏移，從而保證其量測結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的套管式鉆孔多點引伸計，利用隧道洞壁鉆孔中溫度比較穩(wěn)定的特點，主要原材料采用隧道施工中必須使用的材料，可以極大地降低了測量成本。引伸桿3可以采用鋼筋制作，引伸管2可采用鋼管制作，頂管6可采用PVC塑料管制作。
前面所述的空套，是指其引伸管2、引伸桿3的外徑約小于套裝其上的引伸管2、頂管6的內(nèi)徑，使其套裝其上的引伸管2、頂管6徑向得到一定的支撐，軸向不受其約束，從而將引伸管2和引伸桿3的各粘接點都與巖體牢固粘結(jié)，更好的將巖石的深部變形引到外面加以測量。
由上可知，作為傳遞桿的引伸桿3和引伸管2，除了端點與圍巖是牢固接觸的以外，其他部分在軸向上都是可以小范圍的自由移動的。PVC管制作的頂管6既可以保證錨固點的位置恰好是設(shè)計深度，又能有效減小傳遞桿與孔壁的接觸，減小摩擦阻力對測量結(jié)果的影響。
權(quán)利要求
1.套管式鉆孔多點引伸計，其特征是包括引伸桿(3)和空套在引伸桿(3)上的至少一層引伸管(2)，引伸桿(3)和引伸管(2)伸入測量孔(20)的一端固定有粘固藥包(11)，引伸桿(3)和逐層套裝的引伸管(2)上的粘固藥包(11)沿監(jiān)測孔(20)的底部(21)至孔口(22)順序間隔排列，各個粘固藥包(11)的軸向位置與測量孔(20)內(nèi)各個測點的位置相對應(yīng)，引伸桿(3)和引伸管(2)的另一端延伸至測量孔(20)的孔口(22)。
2.如權(quán)利要求1所述的套管式鉆孔多點引伸計，其特征是引伸桿(3)和引伸管(2)伸入測量孔(20)的一端固定設(shè)置有固定卡盤(4)，固定卡盤(4)的外徑略小于測量孔(20)的孔徑，粘固藥包(11)設(shè)置在固定卡盤(4)處。
3.如權(quán)利要求2所述的套管式鉆孔多點引伸計，其特征是引伸桿(3)和引伸管(2)上空套有外徑略小于測量孔(20)的孔徑的活動卡盤(5)，固定卡盤(4)與活動卡盤(5)之間形成安裝粘固藥包(11)的空間。
4.如權(quán)利要求3所述的套管式鉆孔多點引伸計，其特征是固定卡盤(4)設(shè)置在引伸桿(3)和引伸管(2)的端部，相鄰的粘固藥包(11)之間設(shè)置有頂管(6)，頂管(6)空套在相應(yīng)的引伸桿(3)或引伸管(2)上，頂管(6)的兩端分別與相鄰的粘固藥包(11)的固定卡盤(4)和活動卡盤(5)接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任意一項權(quán)利要求所述的套管式鉆孔多點引伸計，其特征是引伸桿(3)和引伸管(2)伸至測量孔(20)的孔口(22)的一端基本齊平，引伸桿(3)和引伸管(2)的長度與測量孔(20)內(nèi)各個測點深度相對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于隧道圍巖松動變形測量的套管式鉆孔多點引伸計，能夠準(zhǔn)確的對多個不同深度的位移進(jìn)行測量。包括引伸桿和空套在引伸桿上的至少一層引伸管，引伸桿和引伸管伸入測量孔的一端固定有粘固藥包，各個粘固藥包的軸向位置與測量孔內(nèi)各個測點的位置相對應(yīng)；引伸桿和引伸管的另一端延伸至測量孔的孔口，從而可將多個不同深度的位移監(jiān)測集中到一個鉆孔中進(jìn)行，極大的簡化了現(xiàn)場操作，具有環(huán)境適應(yīng)性好、操作簡單、測量精度高、成本低、一般人員稍經(jīng)指導(dǎo)就可以進(jìn)行操作的特點，尤其適合于在現(xiàn)有的隧道圍巖松動變形測量中推廣使用。
文檔編號E21D9/00GK101074862SQ20061002235
公開日2007年11月21日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者王蘭生 申請人:成都理工大學(xué)