一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测装置与方法，包括电阻应变式单点位移计、刚性测线和数据采集装置，其中，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道开挖模型的底板上；刚性测线的一端与电阻应变式单点位移计的测杆连接，另一端固定在隧道开挖模型的拱周位移测点上，使刚性测线与所述测杆在同一直线上，且与相应测点处的切面垂直；电阻应变式单点位移计通过数据传输线与数据收集装置连接。本发明专利技术中的刚性测线固定在测点上，可以准确测定该测点的连续位移，克服了传统监测方法中，测点无法固定，在拱周发生位移过程中，测点出现偏差，造成测量不准确的弊端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测装置与方法。
技术介绍
近年来，随着我国大力发展地下工程建设，我国已成为世界隧道及地下工程建设规模和建设速度第一大国。地下工程建设过程中会遇到不同的难题，其中突水突泥灾害已成为地下工程建设中发生的主要灾害之一，严重影响施工进度，造成巨大的人员伤亡和经济损失。目前突水突泥灾害治理最主要且有效的方法为注浆法，注浆法能有效治理突水突泥灾害，起到堵水和加固的作用。注浆法已经在工程实践中得到广泛应用，但由于注浆理论发展还远落后于工程实践，注浆技术因缺乏有效的理论指导而远未成熟。注浆模型试验方法可以比较全面真实地模拟复杂的地质构造，为建立新的理论和数学模型提供依据，是研究注浆理论的一种重要手段。在隧道注浆模型试验中，拱周位移的采集对于分析注浆对围岩变形的影响、评估围岩稳定性起到十分关键的作用，如何在模型试验中有效监测采集拱周位移是研究热点与难点。在隧道模型试验中，模拟开挖过程中拱周位移的监控量测以及数据收集是试验过程中的重要内容。但是不同于隧道工程现场，在模型试验中进行拱周位移监测存在如下难题：空间狭小，操作不方便；工程用收敛尺、位移计等均因尺寸太大不适用于模型试验；借助全站仪的定点测量方式易受干扰，且测得位移不连续，数据有限。目前在隧道模型试验中拱周围岩的位移测量方法主要有：在模型箱上对开挖前后隧道的轮廓进行标定，对比前后轮廓进行隧道变形量的计算；在隧道开挖完成后用螺旋测微器测量隧道断面上几条测线的长度与衬砌设计长度对比计算变形量等。但现有的方法均存在测点不能准确固定，测量精度较低，不能实现拱顶下沉以及周边收敛的同时测量，不能实现开挖过程中变形数据的实时采集等弊端。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，该监测装置具有测量精度高、体积小、易于操作、不受狭小空间限制、可实现位移连续性检测等优点。本专利技术的第二个目的是提供一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测系统，该装置可以实现拱周内的多点准确监测，通过多点位移监测，对拱周位移进行监测。本专利技术的第三个目的是提供一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测方法，利用上述装置进行监测，可以实现拱周位移的准确测量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，包括电阻应变式单点位移计、刚性测线和数据采集装置，其中，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道开挖模型的底板上；刚性测线的一端与电阻应变式单点位移计的测杆连接，另一端固定在隧道开挖模型的拱周位移测点上，使刚性测线与所述测杆在同一直线上，且与相应测点处的切面垂直；电阻应变式单点位移计通过数据传输线与数据收集装置连接。拱周位移测点即为用于监测拱周位移的监测点，通过测量该监测点的位移量，确定拱周的位移。刚性测线是指质地硬，不易发生变形的测线。单点位移计固定在固定底座上，其位置已经固定，刚性测线的一端与单点位移计连接，即刚性测线的该端的位置固定；另一端固定在隧道注浆模型的拱周位移测点上，即该端会随着隧道注浆模型的拱周发生位移而发生相应的位移。由于刚性测线不会发生变形，所以，电阻应变式单点位移计在刚性测线的拉力作用下发生变形，该变形量即为拱周的位移量，该变形量的直接体现是电阻变化量，而电阻变化量则可以通过数据收集装置进行检测。由于刚性测线的一端固定在拱周位移测点上，即测点是准确确定的，而测线是刚性测线，基本不发生形变，所以可以实现拱周位移的准确测量。优选的，所述电阻应变式单点位移计的一端埋设在隧道注浆模型的底板中，另一端位于底板外部，位于底板外部的测杆与所述刚性测线连接，使得所述测杆与刚性测线在同一直线上。进一步优选的，所述电阻应变式单点位移计埋入隧道注浆模型底板中的部分的长度为总长度的一半。将电阻应变式单点位移计埋设一半是为了方便统一，提高施工的统一性。优选的，还包括固定底座，所述固定底座包括固定板和连接件，固定板与连接件的一端大体垂直设置，连接件的另一端通过埋入隧道注浆模型底板的方式将固定底座进行固定。进一步优选的，所述固定板上开设通孔或通槽，所述电阻应变式单点位移计固定在该孔或通槽，所述通孔与固定板的周边预留设定距离中。固定底座可以对电阻应变式单点位移计进行固定，防止位移计的移动，固定板上的通孔与固定板周边留有设定距离，当电阻应变式单点位移计倾斜设置时，需要固定底座倾斜设置，此时，固定板的周边可以与底板接触或部分埋设在底板内，起到支撑作用，防止电阻应变式单点位移计的倾斜方向发生变化。优选的，所述刚性测线为细钢丝绳。细钢丝绳不但不容易发生形变，而且具有较高的强度，不易断裂，适合应用于拉应力大的环境中。一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测系统，包括至少两组单点拱周位移监测装置，每组均包括电阻应变式单点位移计和刚性测线，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道注浆模型的底板上；刚性测线的一端与电阻应变式单点位移计的测杆连接，另一端固定在隧道注浆模型的拱周位移测点上；每组单点拱周位移监测装置中的电阻应变式单点位移计的测杆和刚性测线在同一直线上，且与相应测点所在位置的切面垂直，所有的电阻应变式单点位移计均与数据采集装置连接，所有的电阻应变式单点位移计均与数据采集装置连接。实现多点位移的同时监测，可以更准确监测隧道注浆模型的拱周位移。优选的，一组单点拱周位移监测装置竖向设置，电阻应变式单点位移计固定在底板的中部，刚性测线的一端固定在拱顶，监测拱顶的位移量。电阻应变式单点位移计固定在底板中部，刚性测线固定在拱顶，此时，位移计和刚性测线均是竖直设置，可以准确监测拱顶的位移量。进一步优选的，单点拱周位移监测装置的组数为奇数，其中一组竖向设置，其他组倾斜设置，使每组中的电阻应变式单点位移计的固定位置和刚性测线的固定点位于竖向设置的刚性测线的两侧。一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测方法，包括如下步骤：1)确定隧道注浆模型的拱周位移监测测点位置；在隧道注浆模型的同一断面处，根据需要确定的测点的数量，可以对拱周断面进行均为，每个分割点作为测点，该方法比较容易实施。在测点的位置固定刚性测线的一端，可以通过铆钉将刚性测线进行固定。拉直刚性测线，使刚性测线与相应的测点处的切面垂直，确定刚性测线的倾斜角度，刚性测线与底板的接触点即为电阻应变式单点位移计在底板上的固定位置；2)在电阻应变式单点位移计固定位置处钻孔开挖，将电阻应变式位移计插入固定底座中，将两者放入钻孔中，并调节电阻应变式位移计的测杆与刚性测线在同一直线上，且与相应测点处的切面垂直，调整好以后，进行填埋和夯实；3)重复以上步骤，设置多组单点拱周位移监测装置，实现多点拱周位移的同时监测。4)随着隧道注浆模型试验的模拟开挖，单点拱周位移监测装置会不断监测位移的变化，并将拱周位移的变化通过数据传输线传输至数据采集装置，数据采集装置会储存位移变化量数据并同步绘出位移变化曲线。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术中的刚性测线固定在测点上，可以准确测定该测点的连续位移，克服了传统监测方法中，测点无法固定，在拱周发生位移过程中，测点出现偏差，造成测量不准确的弊端。2、本专利技术中，电阻应变式位移计的位置固定，位移计与刚性测线连接，刚性测线与测点之间固定连接，拱周发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：包括电阻应变式单点位移计、刚性测线和数据采集装置，其中，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道开挖模型的底板上；刚性测线的一端与电阻应变式单点位移计的测杆连接，另一端固定在隧道开挖模型的拱周位移测点上，使刚性测线与所述测杆在同一直线上，且与相应测点处的切面垂直；电阻应变式单点位移计通过数据传输线与数据收集装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：包括电阻应变式单点位移计、刚性测线和数据采集装置，其中，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道开挖模型的底板上；刚性测线的一端与电阻应变式单点位移计的测杆连接，另一端固定在隧道开挖模型的拱周位移测点上，使刚性测线与所述测杆在同一直线上，且与相应测点处的切面垂直；电阻应变式单点位移计通过数据传输线与数据收集装置连接。2.根据权利要求1所述的用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：所述电阻应变式单点位移计的一端埋设在隧道注浆模型的底板中，另一端位于底板外部，位于底板外部的测杆与所述刚性测线连接，使得所述测杆与刚性测线在同一直线上。3.根据权利要求2所述的用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：所述电阻应变式单点位移计埋入隧道开挖模型底板中的部分的长度为总长度的一半。4.根据权利要求1所述的用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：还包括固定底座，所述固定底座包括固定板和连接件，固定板与连接件的一端大体垂直设置，连接件的另一端通过埋入隧道开挖模型底板的方式将固定底座进行固定。5.根据权利要求4所述的用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：所述固定板上开设通孔，所述电阻应变式单点位移计固定在该通孔中，所述通孔与固定板的周边预留设定距离。6.根据权利要求1所述的用于隧道注浆模型试验拱周位移单点监测装置，其特征在于：所述刚性测线为细钢丝绳。7.一种用于隧道注浆模型试验拱周位移监测系统，其特征在于：包括至少两组单点拱周位移监测装置，每组均包括电阻应变式单点位移计和刚性测线，所述电阻应变式单点位移计固定在隧道注浆模型的底板上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霄，左金鑫，李鹏，张庆松，杨腾，郭焱旭，匡伟，蓝雄东，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37