岩体变形检测方法、自适应预应力张拉方法及张拉系统技术方案

本发明专利技术提出了一种岩体变形检测方法、自适应预应力张拉方法及张拉系统，本发明专利技术在智能测控系统上预设单根锚索/锚杆的设计张拉控制力，在智能测控系统中预设有“硬质岩石”、“中硬岩石”、“软质岩石”和“土体”四种张拉工艺方案。本发明专利技术综合定义了岩体的级别，形成了一套系统性适合于岩土锚固自适应预应力的张拉方法及张拉系统。并且根据这套张拉方法体系建立了完善的张拉工艺方案，不同岩体情况合理选择张拉工艺方案，自动化张拉流程，彻底解决了现有张拉方法不适应产生的工程质量问题。本发明专利技术还提供的完备性体系，在岩土锚固领域，对岩锚预应力张拉施工技术水平的发展和提高具有促进效果，引领自动化张拉技术的发展。引领自动化张拉技术的发展。引领自动化张拉技术的发展。

【技术实现步骤摘要】
岩体变形检测方法、自适应预应力张拉方法及张拉系统


[0001]本专利技术属于岩土锚固预应力领域，具体涉及岩体变形检测方法、自适应预应力张拉方法及张拉系统。

技术介绍

[0002]预应力因其技术优势广泛应用于隧道、边坡、基坑、硐室等岩土锚固工程，并得以迅速发展。预应力在锚固工程中起着至关重要的作用，直接影响预应力锚固结构的安全。预应力施加到位可改善和提高岩体的自身强度和自稳能力；反之，则起不到通过预应力锚索主动加固岩土体的作用。
[0003]现有的技术方案具体而言，依旧采用传统的张拉方式，通常为液压泵站通过高压油管给千斤顶供油，驱动千斤顶活塞移动实现施加预应力。具体流程为：通电启动张拉油泵；电机提供动力源驱动千斤顶；手动调节加荷速度；人工读取液压油表和钢尺测量伸长量；人工计算实际张拉伸长量进行复核。隧道预应力张拉，国内正处于探索和研究阶段，暂是借鉴矿山系统预应力的施加方式，通过空压机提供气体压力动力源使液压系统工作，张拉流程同上所述。在此，锚索预应力施加普遍存在精度低、粗放、管理难度大等问题。
[0004]预应力锚固作为主动支护的核心，其张拉施工质量直接关系工程成败，即隧道、边坡、基坑、硐室等的安全稳定和变形强烈基本依赖于预应力锚索的张拉效果。然而，在实际工程当中，隧道、边坡、基坑、硐室等岩体岩性具有变化快、不可预见等特点，采用传统张拉方法和设备仅适合岩体强度较高、完整程度较好、承载力较强的工况。当岩体强度较低、完整性较差、承载力较弱、锚固力不足、涉地下水以及锚后脱空等工况下，传统的张拉方式不能满足主动支护理念和技术要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的第一个目的是提供一种岩体变形检测方法。本专利技术的第二个目的是提供自适应预应力张拉方法。本专利技术的第三个目的是提供一种采用前述张拉方法的张拉系统。
[0006]为达到上述第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：岩体变形检测方法，包括如下步骤：预设自动张拉目标力值，控制张拉系统张拉；采集张拉过程的张拉力和位移值；系统实时判断张拉力
‑
位移曲线的斜率，,其中，和代表张拉力在相邻两点的前者力值和对应的张拉位移，和代表张拉力在相邻两点的后者力值和对应的张拉位移；根据获得岩体变形情况，若大于或等于阈值，则岩体变形在允许范围内；若低于阈值，则岩体变形超出允许范围。
[0007]上述技术方案中，根据斜率实时判定岩体变形情况，并可根据斜率推测岩体是否为硬质岩体。若大于或等于阈值，则可推测岩体为硬体岩体；若低于阈值，则可推
测岩体不是硬质岩体，便于实时获知岩体的变形情况，便于施工方案的选择。
[0008]为达到上述第二个目的，本专利技术采用如下技术方案：自适应预应力张拉方法，包括如下步骤：S1、预设自动张拉目标力值，进行预张拉，控制张拉系统张拉，达到预设张拉目标力的a1%，a1为正数；S2、逐渐增加张拉力，计算张拉力在a1%
‑
a2%之间随时间的变化率，a2为大于a1的正数，根据变化率判断岩体类型，选择张拉方案并张拉；S3；令i=0 ，v（i）=0，其中，i为一个循环的序号，v（i）为第i次循环时的张拉速度；S4、张拉过程中，系统实时判断张拉力
‑
位移曲线的斜率，根据判断岩体变形情况；若大于等于阈值，保持原有张拉参数；若低于阈值则循环降速为0，张拉速度v（i+1）= v（i）+dv，其中，dv为循环增速的速度递增值；S5、令i=i+1，重复步骤S4，若大于或等于阈值，保持张拉速度持续张拉，直至最终达到张拉目标力值，完成张拉，锚固锁定。
[0009]上述技术方案中，在张拉过程中，先根据变化率自动判别岩体类别，在选择张拉工艺张拉过程中，根据斜率实时判定岩体的变形情况，岩体变形在允许范围内时，保持原有张拉参数继续张拉，岩体变形超过允许范围，则循环降速为0后，调节降低张拉速度协调岩体变形，最终到张拉目标力值，并进行判断，以此轮询，直至完成张拉，锚固锁定。
[0010]在本专利技术的一种优选实施方式中，变化率与岩体的硬度正相关。变化率越大说明岩体硬度越大。
[0011]在本专利技术的一种优选实施方式中，张拉方法存储在智能测控系统中，在智能测控系统中预设有“硬质岩石”、“中硬岩石”、“软质岩石”和“土体”四种张拉工艺方案，岩体硬度与张拉速度正相关；当≥4，则智能测控系统自动判别岩体为硬质岩石，采用“硬质岩石”的张拉工艺方案进行张拉；当2.5≤＜4，则智能测控系统自动判别岩体为中硬岩石，并调整为“中硬岩”的张拉工艺方案进行张拉；当1≤＜2.5，则智能测控系统自动判别岩体为软质岩石，并调整为“软质岩石”的张拉工艺方案进行张拉；当≤1，则智能测控系统自动判别岩体为土体，并调整为“土体”的张拉工艺方案进行张拉。
[0012]上述技术方案中，对变化率的取值与岩体的具体类别进行了标定，便于智能测控系统快速判定出为何种岩体。
[0013]在本专利技术的另一种优选实施方式中，在智能测控系统判定岩体为“硬质岩石”后，对于“硬质岩石”采用“极快速张拉”的张拉工艺方案进行张拉，具体为：张拉设备按第一预设速度张拉锚索；在智能测控系统判定岩体为“中硬岩石”后，对于“中硬岩石”采用“快速张拉+持荷张拉”的张拉工艺方案进行张拉，具体为：张拉设备按第二预设速度张拉锚索，第二预设速度小于第一预设速度，张拉到最大张拉控制力持荷张拉第一预设时间；在智能测控系统判定岩体为“软质岩石”后，对于“软质岩石”采用“中速张拉+补偿张拉”的张拉工艺方案进行张拉，具体为：张拉设备按第三预设速度张拉锚索，第三预设速度小于第二预设速度，首次张拉到最大张拉控制力后锚固锁定，锁定第二预设时间后，对该根锚索再进行补偿张拉，预设张拉控制力为首次张拉的最大力值；在智能测控系统判定岩体为“土体”后，对于
“
土体”采用“慢速张拉+持荷张拉+补偿张拉”的的张拉工艺方案进行张拉，具体为：张拉设备按第四预设速度张拉锚索，第四预设速度小于第三预设速度，首次张拉到最大张拉控制力后不回油，持荷张拉第三预设时间后锚固锁定，锁定第四预设时间后，对该根锚索再进行补偿张拉，预设张拉控制力为首次张拉的最大力值。
[0014]上述技术方案中，针对不同的张拉工艺采用不同的张拉速度不同，岩体硬度越小张拉速度越慢，可有效减轻锚固段脱黏、锚固段破坏及预应力损失大等情况。
[0015]在本专利技术的另一种优选实施方式中，在第一预设速度下，自动张拉设备的电机转速2300转/分钟、流量控制3.5L/分钟；在第二预设速度下，自动张拉设备的电机转速2000转/分钟、流量控制3L/分钟；在第三预设速度下，自动张拉设备电机转速1750转/分钟、流量控制2.7L/分钟；在第四预设速度下，自动张拉设备的电机转速1450转/分钟、流量控制2.2L/分钟。
[0016]上述技术方案对第一预设速度、第二预设速度、第三预设速度和第四预设速度，所对应的具体电机转速和流量进行了标定，便于智能测控系统快速切换张拉速度。
[0017]在本专利技术的另一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.岩体变形检测方法，其特征在于，包括如下步骤：预设自动张拉目标力值，控制张拉系统张拉；采集张拉过程的张拉力和位移值；系统实时判断张拉力
‑
位移曲线的斜率，其中，和代表张拉力在相邻两点的前者力值和对应的张拉位移，和代表张拉力在相邻两点的后者力值和对应的张拉位移；根据获得岩体变形情况，若大于或等于阈值，则岩体变形在允许范围内；若低于阈值，则岩体变形超出允许范围。2.自适应预应力张拉方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、预设自动张拉目标力值，进行预张拉，控制张拉系统张拉，达到预设张拉目标力的a1%，a1为正数；S2、逐渐增加张拉力，计算张拉力在a1%
‑
a2%之间随时间的变化率，a2为大于a1的正数，根据变化率判断岩体类型，选择张拉方案并张拉；S3；令i=0 ，v（i）=0，其中，i为一个循环的序号，v（i）为第i次循环时的张拉速度；S4、张拉过程中，系统实时判断张拉力
‑
位移曲线的斜率，根据判断岩体变形情况；若大于等于阈值，保持原有张拉速度；若低于阈值则循环降速为0，张拉速度v（i+1）= v（i）+dv，其中，dv为循环增速的速度递增值；S5、令i=i+1，重复步骤S4，若大于或等于阈值，保持张拉速度持续张拉，直至最终达到张拉目标力值，完成张拉，锚固锁定。3.如权利要求2所述的自适应预应力张拉方法，其特征在于，所述变化率与岩体的硬度正相关。4.如权利要求3所述的自适应预应力张拉方法，其特征在于，所述张拉方法存储在智能测控系统中，在智能测控系统中预设有“硬质岩石”、“中硬岩石”、“软质岩石”和“土体”四种张拉工艺方案，岩体硬度与张拉速度正相关；当≥4，则智能测控系统自动判别岩体为硬质岩石，采用“硬质岩石”的张拉工艺方案进行张拉；当2.5≤＜4，则智能测控系统自动判别岩体为中硬岩石，并调整为“中硬岩”的张拉工艺方案进行张拉；当1≤＜2.5，则智能测控系统自动判别岩体为软质岩石，并调整为“软质岩石”的张拉工艺方案进行张拉；
当≤1，则智能测控系统自动判别岩体为土体，并调整为“土体”的张拉工艺方案进行张拉。5.如权利要求4所述的自适应预应力张拉方法，其特征在于，在智能测控系统判定岩体为“硬质岩石”后，对于“硬质岩石”采用“极快速张拉”的张拉工艺方案进行张拉，具体为：张拉设备按第一预设速度张拉锚索；在智能测控系统判定岩体为“中硬岩石”后，对于“中硬岩石”采用“快速张拉+持荷张拉”的张...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗斌，周勇，廖强，方宗平，方正，陈强，彭传阳，
申请(专利权)人：重庆工业自动化仪表研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：