本發(fā)明涉及一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)支護(hù)綜合體系與方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施，大量基礎(chǔ)交通設(shè)施的修建迫在眉睫，地下工程是其中重要的組成部分。隧道等地下洞室的開挖往往面臨圍巖變形、破壞、失穩(wěn)等一系列問題，傳統(tǒng)的隧道圍巖變形控制方法往往采用初噴混凝土加鋼拱架支護(hù)的方式，這種方法可以一定程度上控制圍巖的變形，但是傳統(tǒng)混凝土回彈率較高，粘結(jié)力差，往往造成初噴混凝土層有較多空洞，無(wú)法有效使初噴混凝土與塑性區(qū)圍巖形成整體承載。

傳統(tǒng)隧道用工字鋼與圍巖貼合不緊密，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)與圍巖協(xié)調(diào)變形，浪費(fèi)了圍巖本身的自穩(wěn)能力，造成支護(hù)成本增加。針對(duì)隧道圍巖變形的監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)工藝采用在拱架環(huán)向布設(shè)土壓力盒的方法，需要預(yù)先制作支撐架，一端將土壓力盒頂在圍巖表面，一端與鋼拱架進(jìn)行焊接，并將壓力盒連線綁扎在拱架上最終引到拱腳處進(jìn)行測(cè)量。由于隧道斷面一般較大，完成上述工作需要利用到施工臺(tái)車、電焊工以及較多技術(shù)人員參與，且耽誤隧道施工工序，缺乏經(jīng)濟(jì)性和方便性。

除此之外，傳統(tǒng)的圍巖變形監(jiān)測(cè)屬于定點(diǎn)監(jiān)測(cè)范疇，無(wú)法實(shí)現(xiàn)隧道斷面全面監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)元件多為裸露狀態(tài)，易受施工影響發(fā)生破壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)有效監(jiān)測(cè)。

因此需要設(shè)計(jì)一種新型的隧道監(jiān)測(cè)—支護(hù)綜合體系解決上述問題，實(shí)現(xiàn)圍巖與初期支護(hù)協(xié)調(diào)變形，并兼顧圍巖變形多斷面實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)，作為“智慧隧道”理念的重要一環(huán)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)支護(hù)綜合體系與方法，本發(fā)明利用可移動(dòng)式機(jī)器人和輔助沖洗裝置進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)在不同側(cè)面同時(shí)對(duì)同意絕緣子進(jìn)行清洗，保證了清洗的快速與效果，有利于電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)支護(hù)綜合體系，包括若干并行的支護(hù)拱架，所述支護(hù)拱架包括多個(gè)依次連接的剛性支護(hù)單元，所述剛性支護(hù)單元外側(cè)設(shè)置有柔性合成材料墊層，所述柔性合成材料墊層外側(cè)設(shè)置有初次混凝土支護(hù)層，所述剛性支護(hù)單元內(nèi)側(cè)設(shè)置有二次混凝土噴射層，包括剛性支護(hù)單元、柔性合成材料墊層和初次混凝土支護(hù)層，形成整體支護(hù)體系；

所述柔性合成材料墊層內(nèi)埋設(shè)有分布式光纖和測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)隧道整個(gè)斷面圍巖變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

進(jìn)一步的，所述初次混凝土支護(hù)層采用噴射混凝土，為整個(gè)體系的最外層，直接與圍巖接觸，固定有錨桿或/和錨索結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的工作原理的基礎(chǔ)上，將噴射混凝土進(jìn)行改性，添加其他物質(zhì)，以提高其回彈力等等，屬于常規(guī)改進(jìn)，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

進(jìn)一步的，所述剛性支護(hù)單元為工字鋼。

所述工字鋼上下兩個(gè)翼板尺寸與柔性合成材料墊層的寬度相適配。

進(jìn)一步的，所述柔性合成材料墊層與剛性支護(hù)單元的翼板相連接，且其兩端采用螺栓與剛性支護(hù)單元兩端預(yù)留螺栓孔栓接預(yù)緊。

進(jìn)一步的，所述分布式光纖安裝在柔性合成材料墊層底部，當(dāng)進(jìn)行工字鋼單元栓接拼裝時(shí)，不同工字鋼單元上部粘接的墊層互相靠近，安裝在柔性合成材料墊層內(nèi)部的光纖通過接口連接實(shí)現(xiàn)分布式光纖的整體構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述分布式光纖實(shí)現(xiàn)隧道整個(gè)斷面的覆蓋測(cè)量，在拱腰處預(yù)留一處測(cè)量接口，當(dāng)整個(gè)支護(hù)體系布設(shè)完成后，圍巖變形造成柔性墊層受壓并導(dǎo)致安裝在墊層內(nèi)的分布式光纖發(fā)生形變，采用測(cè)量裝置與預(yù)留測(cè)量接口相連可以實(shí)現(xiàn)全斷面圍巖變形的實(shí)時(shí)測(cè)量。

所述柔性合成材料墊層的厚度根據(jù)隧道圍巖質(zhì)量調(diào)節(jié)。

基于上述系統(tǒng)的施工方法，包括以下步驟：

(1)隧道爆破開挖排險(xiǎn)后，在新鮮巖面上噴射改性混凝土，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后沿隧道環(huán)向布設(shè)錨桿或/和錨索；

(2)將預(yù)制附帶柔性墊層的工字鋼沿隧道斷面架設(shè)拼裝，工字鋼通過方形板上預(yù)留螺栓孔栓接后，將不同單元工字鋼墊層中的分布式光纖通過接口互相連接；

(3)在拱腳兩單元工字鋼連接位置預(yù)留測(cè)量接口，并進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，使測(cè)量接口在二次襯砌施作完成后實(shí)現(xiàn)測(cè)量；

(4)對(duì)步驟(3)形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性混凝土的二次噴射，直到滿足設(shè)計(jì)厚度，形成完整的初支結(jié)構(gòu)；

(5)整體支護(hù)體系施作完成后，采用測(cè)量裝置對(duì)整個(gè)隧道斷面圍巖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

所述步驟(5)中，測(cè)量裝置對(duì)整個(gè)隧道斷面圍巖進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不同斷面圍巖變形規(guī)律形成綜合對(duì)比云圖，以輔助后續(xù)隧道施工。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1)本發(fā)明采用改性噴射混凝土，粘結(jié)力高，可與塑性區(qū)圍巖有效形成承載整體，與錨桿、錨索一道共同發(fā)揮圍巖自承能力；

2)柔性合成材料墊層具有多選性與定制性的特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際圍巖質(zhì)量和工程特點(diǎn)選用不同材質(zhì)、尺寸的墊層；

3)采用強(qiáng)力膠和螺栓實(shí)現(xiàn)墊層與工字鋼的粘結(jié)以及墊層之間的相互粘結(jié)，簡(jiǎn)便快捷易于操作；

4)采用分布式光纖作為圍巖變形監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)整個(gè)隧道斷面的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

5)分布式光纖包裹在柔性合成材料墊層中，柔性墊層既可以實(shí)現(xiàn)與圍巖的協(xié)調(diào)變形，又可以對(duì)光纖進(jìn)行保護(hù)，免于受到施工影響毀壞；

6)整個(gè)體系既可以實(shí)現(xiàn)隧道斷面有效、合理支護(hù)，又可以實(shí)現(xiàn)圍巖變形同步監(jiān)測(cè)，體現(xiàn)了剛?cè)狁詈?、“先控—再讓—后?qiáng)—同步監(jiān)測(cè)”的特點(diǎn)，可作為“智慧隧道”理念的重要一環(huán)；

7)解決了現(xiàn)有隧道支護(hù)體系無(wú)法有效、合理、經(jīng)濟(jì)控制圍巖變形以及斷面圍巖無(wú)法簡(jiǎn)便、精確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，簡(jiǎn)化了施工工序，提高了施工效率，有效控制了圍巖變形，節(jié)約施工、監(jiān)測(cè)成本。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1為包含分布式光纖的剛?cè)狁詈瞎凹埽?/p>

圖2為不同單元拱架拼裝與光纖連接；

圖3為不同厚度墊層的拱架示意圖；

圖4為不同寬度墊層的拱架示意圖；

圖5為本發(fā)明整體示意圖；

圖6為本發(fā)明不同斷面支護(hù)體系三維空間示意圖。

其中，1、工字鋼，2、柔性合成材料墊層，3、分布式光纖，4、螺栓，5-7不同厚度墊層拱架，6、8、9、不同寬度墊層拱架，10、初次噴射改性混凝土層，11、錨桿，12、測(cè)量裝置，13、預(yù)留測(cè)量口，14、二次噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度線。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在傳統(tǒng)混凝土回彈率較高，粘結(jié)力差，往往造成初噴混凝土層有較多空洞，無(wú)法有效使初噴混凝土與塑性區(qū)圍巖形成整體承載的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)—支護(hù)綜合體系。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，提供了一種剛?cè)狁詈系男滦退淼辣O(jiān)測(cè)—支護(hù)綜合體系與施作方法，主要包括：初次噴錨支護(hù)單元、柔性合成材料墊層、工字鋼剛性支護(hù)單元、二次噴射混凝土支護(hù)單元和綜合監(jiān)測(cè)單元。所述的噴錨支護(hù)單元作為整個(gè)體系的最外層，直接與圍巖接觸，優(yōu)選的，采用改性噴射混凝土替代傳統(tǒng)混凝土；當(dāng)然，使用傳統(tǒng)混凝土也可以。所述的柔性合成材料墊層通過強(qiáng)力膠與所述的工字鋼上翼板相粘結(jié)，兩端采用螺栓與工字鋼兩端預(yù)留螺栓孔栓接預(yù)緊，工字鋼與墊層尺寸根據(jù)隧道圍巖質(zhì)量可調(diào)；所述的綜合監(jiān)測(cè)單元包括安裝在所述柔性合成材料墊層中的分布式光纖和測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)隧道整個(gè)斷面圍巖變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所述的二次噴射混凝土支護(hù)單元在之前各個(gè)單元工序完成并預(yù)留出監(jiān)測(cè)接口之后進(jìn)行改性混凝土的二次噴射，將之前各單元包裹形成完整初支結(jié)構(gòu)；整體系統(tǒng)體現(xiàn)“先控—再讓—后強(qiáng)—同步監(jiān)測(cè)”的特點(diǎn)。

噴錨支護(hù)單元包括初噴混凝土與錨桿、錨索結(jié)構(gòu)，隧道爆破進(jìn)尺完成后，經(jīng)過排險(xiǎn)工序，采用改性噴射混凝土替代原有傳統(tǒng)混凝土在新鮮巖面上進(jìn)行噴射，與傳統(tǒng)混凝土相比，改性混凝土粘接力大，與巖體結(jié)合度高。達(dá)到初噴混凝土設(shè)計(jì)厚度后沿隧道斷面環(huán)向施作錨桿、錨索，與噴射混凝土共同作用提高圍巖整體殘余強(qiáng)度，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，體現(xiàn)“先控”的特點(diǎn)。

柔性合成材料墊層采用合成橡膠等人工柔性材料，利用強(qiáng)力膠將墊層底面與工字鋼上翼板相粘結(jié)，同時(shí)墊層與墊層之間同樣可以采用強(qiáng)力膠相互粘結(jié)，兩端采用螺栓與工字鋼兩端預(yù)留螺栓孔栓接預(yù)緊。可根據(jù)隧道工程實(shí)際圍巖質(zhì)量選擇不同厚度、寬度與材質(zhì)的墊層，實(shí)現(xiàn)模塊化拼接的功能，體現(xiàn)“再讓”的特點(diǎn)。

工字鋼剛性支護(hù)單元采用傳統(tǒng)的隧道用工字鋼，為配合柔性墊層耦合支護(hù)，工字鋼上下兩個(gè)翼板尺寸根據(jù)墊層寬度加工。工字鋼單元間通過方形板上預(yù)留螺栓孔栓接拼裝體現(xiàn)“后強(qiáng)”的特點(diǎn)。

綜合監(jiān)測(cè)單元包括分布式光纖和測(cè)量裝置，分布式光纖安裝在柔性合成材料墊層底部，當(dāng)進(jìn)行工字鋼單元栓接拼裝時(shí)，不同工字鋼單元上部粘接的墊層互相靠近，安裝在墊層內(nèi)部的光纖通過接口連接實(shí)現(xiàn)分布式光纖的整體構(gòu)成。

分布式光纖實(shí)現(xiàn)隧道整個(gè)斷面的覆蓋測(cè)量，在拱腰處預(yù)留一處測(cè)量接口。當(dāng)整個(gè)支護(hù)體系布設(shè)完成后，圍巖變形造成柔性墊層受壓并導(dǎo)致安裝在墊層內(nèi)的分布式光纖發(fā)生形變，采用測(cè)量裝置與預(yù)留測(cè)量接口相連可以實(shí)現(xiàn)全斷面圍巖變形的實(shí)時(shí)測(cè)量，體現(xiàn)“同步監(jiān)測(cè)”的特點(diǎn)。

二次噴射混凝土支護(hù)單元在之前各個(gè)單元工序完成后，二次噴射改性混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，從而實(shí)現(xiàn)之前各個(gè)單元的包裹，形成完整的初支結(jié)構(gòu)。

如圖1-圖5所示，一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)—支護(hù)綜合體系，包括初次噴錨支護(hù)單元包括初次噴射改性混凝土層10與錨桿11，作為整個(gè)支護(hù)體系的最外層，與圍巖面接觸，起到“先控”的作用；柔性合成材料墊層2可根據(jù)實(shí)際工程圍巖質(zhì)量與施工特點(diǎn)進(jìn)行選擇，變換不同厚度、寬度、材質(zhì)的墊層，墊層2可通過強(qiáng)力膠與螺栓4實(shí)現(xiàn)墊層與工字鋼1相互粘結(jié)和墊層與墊層之間的粘結(jié)組合，工字鋼1與柔性合成材料墊層2的組合體現(xiàn)剛?cè)狁詈现ёo(hù)的理念，有利于控制圍巖與支護(hù)體系的協(xié)調(diào)變形，體現(xiàn)了“再讓—后強(qiáng)”的特點(diǎn)；分布式光纖3安裝在墊層2中，在不同單元工字鋼1通過預(yù)留螺栓孔拼接時(shí)，不同單元分布式光纖3通過接口互相連接，最終形成覆蓋全斷面的的整體分布式光纖，圍巖變形會(huì)造成光纖3變形，從而得到圍巖變形規(guī)律；柔性合成材料墊層2既能實(shí)現(xiàn)柔性變形又可以起到保護(hù)分布式光纖3免遭施工破壞的作用；最終采用測(cè)量裝置12對(duì)全斷面圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測(cè)—支護(hù)綜合體系與施作方法，其具體實(shí)施方式：

隧道爆破開挖排險(xiǎn)后，在新鮮巖面上噴射改性混凝土，形成初次噴射改性混凝土層10，達(dá)到設(shè)計(jì)厚度后沿隧道環(huán)向布設(shè)錨桿11。將預(yù)制附帶柔性合成材料墊層2的工字鋼1沿隧道斷面架設(shè)拼裝，工字鋼1通過方形板上預(yù)留螺栓孔栓接后，將不同單元工字鋼墊層中的分布式光纖3通過接口互相連接。工字鋼1和分布式光纖3完成全斷面拼裝后，在拱腳位置預(yù)留監(jiān)測(cè)口13，并加以適當(dāng)保護(hù)，防止二次噴射混凝土層對(duì)其進(jìn)行覆蓋。之前所有單元工序完成后，二次噴射改性混凝土到設(shè)計(jì)厚度線14形成二次噴射改性混凝土層，完成整體新型初支結(jié)構(gòu)。采用測(cè)量裝置12對(duì)全斷面圍巖變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為隧道施工提供指導(dǎo)。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。