用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，包括两个结构相同的测试探杆，两个测试探杆一端连接测试探头，测试探头外侧包裹有柔性水囊，柔性水囊连接有注水管；还包括测试采集分析仪，测试采集分析仪通过数据传输线分别连接两个测试探头；测试时将装置放入声波测试孔，并及时涂抹耦合剂，通过测试采集分析仪控制向柔性水囊内注水，直至与待测孔紧密贴合，启动测试采集分析仪进行测试，记录待测孔每一深度下的波速，最后根据测孔内波速随深度变化曲线确定围岩松动圈厚度；本发明专利技术还公开了双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试方法；解决测孔中因水分流失造成测试失败的问题，也解决了目前双孔法测试中测试效率不高的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置及测试方法


[0001]本专利技术属于隧道工程测试
，涉及用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置。
[0002]本专利技术还涉及双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试方法。

技术介绍

[0003]隧道修建的过程中，松动圈支护理论对保障隧道施工过程中的安全起到至关重要的作用。隧道围岩松动圈是隧道进行开挖后，次生应力使得围岩发生变形和破坏，并在隧道周边一定深度范围内形成的破裂带，其主要力学特性表现为隧道围岩内应力的降低，物理特性表现为隧道围岩声波速度降低。
[0004]目前，对于隧道工程中围岩松动圈测试的方法主要有声波法、多点位移计法、地震波法、地质雷达法及钻孔摄像法等，其中声波测试法是现有技术中测试隧道围岩松动圈较为成熟的方法。声波法测试原理为：利用超声波在岩体中进行传播，其波速会因岩体中裂隙的发育、密度的降低、声阻抗的增大而降低；相反，如果岩体完整性较好、所受应力较大、密度也较大，则声波在岩体中的传播速度也较大。因此，对同一性质岩体而言，测得的声波波速高则围岩完整性好，波速较低说明围岩存在裂缝，围岩发生了破坏。根据声波测试仪器测出距围岩表面不同深度的岩体波速值，得到深度和波速曲线，然后再根据有关地质资料可推断出被测试隧道围岩的松动圈厚度。
[0005]采用声波法测试隧道围岩松动圈按测试方式不同可分为单孔测试法和双孔测试法两种。对于双孔测试法中超声波发射探头和接收探头不在同一个测孔中，发射探头在其中一个测孔中的某一深度发射超声波，接收探头在另一测孔中的相同深度接受超声波，从而确定声波在隧道围岩中的传播速度。通过发射探头和接收探头的同步移动，可获得隧道围岩不同深度下的波速，通过波速曲线进行分析，进而确定隧道围岩松动圈的厚度。然而，在现有双孔法测试技术中，通过向测孔内进行注水以保证测试探头与隧道围岩间的耦合，由于测孔内的围岩不可避免的会存在一定的裂隙，导致水分流失，难以时刻保证测孔内水分充满，造成测试结果的不准确，导致测试失败，整个测试过程也相对繁琐，测试效率不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，解决测孔中因水分流失造成测试失败的问题，也解决了目前双孔法测试中测试效率不高的问题，测试过程能够保证测试探头与围岩充分耦合，达到连续测试、测试效率高、测试结果准确的有益效果。
[0007]本专利技术的另一个目的是，提供双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试方法。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，包括两个结构相同的测试探杆，两个所述测试探杆一端分别连接测试探头，测试探头外侧包裹有柔性水囊，所述柔性水囊连接有注水管；
[0009]还包括测试采集分析仪，测试采集分析仪通过数据传输线分别连接两个测试探头；
[0010]测试时将装置放入声波测试孔，并及时涂抹耦合剂，通过测试采集分析仪控制向柔性水囊内注水，直至与待测孔紧密贴合，启动测试采集分析仪进行测试，记录待测孔每一深度下的波速，最后根据测孔内波速随深度变化曲线确定围岩松动圈厚度。
[0011]本专利技术的特点还在于：
[0012]其中测试探杆为自动伸缩式杆件，材质为薄壁钢材，测试探杆在其垂直方向截面为圆形，测试探杆沿其轴向越靠近测试探头截面直径越小；探杆总长度可根据测试需求进行适当加长；
[0013]其中测试探杆两侧以测试探杆为对称轴对称设置有若干双U型卡扣，注水管和数据传输线分别卡设在测试探杆两侧的双U型卡扣内；
[0014]其中测试探头分为发射探头和接收探头，发射探头和接收探头分别位于两个测试探杆端部；发射探头在一个发射待测孔一定深度下发射超声波，接收探头在另一个接收待测孔中相同深度接收超声波；
[0015]其中柔性水囊与测试探杆的连接处设置有注水管接口和探头连接线接口，注水管和数据传输线分别通过注水管接口和探头连接线接口连接柔性水囊和测试探头；
[0016]其中柔性水囊外侧均匀分布有若干压力感应器；可通过注水管向其内部注水，柔性水囊注水膨胀通过布置的压力感应器监测到与待测孔孔壁紧密贴合时停止注水；
[0017]其中测试采集分析仪包括发射接口、接收接口、探杆伸缩控制器、水压表及采集记录分析处理系统，所述发射接口和接收接口分别通过数据传输线连接发射探头和接收探头，探杆伸缩控制器连接测试探杆，可以保证两个待测孔中的测试深度一致，并在收缩过程中可记录测试探杆移动距离，记录不同深度下测得的围岩波速值，水压表连接压力感应器，通过观察水压表数值稳定后停止注水；
[0018]其中两个所述探测探杆上的注水管远离测试探头的一端汇至一路连接有注水口。
[0019]本专利技术的第二个技术方案是，双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试方法，采用所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，具体按以下步骤实施：
[0020]步骤1，首先开挖隧道上台阶部分，确定隧道右侧边墙测试位置，在测试位置处依次钻设2个声波测试孔，声波测试孔与隧道纵向平行，声波测试孔的深度大于预测松动圈厚度，声波测试孔钻石完毕后，将岩渣吹出，并复核声波测试孔的测试参数；所述2个声波测试孔分别为发射测孔和接收测孔；
[0021]步骤2，确定发射测孔和接收测孔，组装测试探头、柔性水囊、测试探杆、注水管、数据传输线、测试采集分析仪，确保各个部位连接正常；
[0022]步骤3，将组装好的测试装置伸入待测孔前，将柔性水囊外侧涂满耦合剂层，分别深入发射测孔和接收测孔底部后，核对测试探头所处深度；
[0023]步骤4，通过注水口向柔性水囊中进行注水，观察水压表数值，待柔性水囊与围岩充分接触后停止注水；
[0024]步骤5，启动测试采集分析仪进行测试前调试，确保各部位正常工作，采集记录分析处理系统记录发射测孔和接收测孔底部围岩间波速，并自动进行保存；
[0025]步骤6，控制探杆伸缩控制器，将发射探头与接收探头同步提升相同距离并保持稳
定，采集记录分析处理系统记录提升后深度下围岩间波速，并自动进行保存；
[0026]步骤7，继续控制探杆伸缩控制器将发射探头与接收探头同步提升至下一测试深度，测试记录围岩波速，以此步骤重复进行，直至测得孔口处的围岩波速为止；
[0027]步骤8，采集记录分析处理系统进行出图整理，得出该测孔下围岩波速随测孔深度变化曲线，根据曲线进行分析判断，得出该测试段内隧道围岩松动圈的厚度；
[0028]步骤9，测试完成后，关闭测试采集分析仪，整理相关测试仪器，进行一下阶段的隧道围岩松动圈厚度的测试。
[0029]本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术所述用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，具有结构简单，操作简便，自动化程度高，测试效率高，适用性强，重复使用率高等特点，经济效益及社会效益显著，在隧道工程监测
有较大应用前景；
[0031]本专利技术通过采用柔性水囊注水进而包裹测试探头，涂抹耦合剂能够持续保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，包括两个结构相同的测试探杆(3)，两个所述测试探杆(3)一端分别连接测试探头(1)，测试探头(1)外侧包裹有柔性水囊(2)，所述柔性水囊(2)连接有注水管(6)；还包括测试采集分析仪(5)，测试采集分析仪(5)通过数据传输线(7)分别连接两个测试探头(1)。2.根据权利要求1所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述测试探杆(3)为自动伸缩式杆件，测试探杆(3)在其垂直方向截面为圆形，测试探杆(3)沿其轴向越靠近测试探头(1)截面直径越小。3.根据权利要求1所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述测试探杆(3)两侧以测试探杆(3)为对称轴对称设置有若干双U型卡扣(31)，注水管(6)和数据传输线(7)分别卡设在测试探杆(3)两侧的双U型卡扣(31)内。4.根据权利要求1所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述测试探头(1)分为发射探头(11)和接收探头(12)，发射探头(11)和接收探头(12)分别位于两个测试探杆(3)端部。5.根据权利要求1所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述柔性水囊(2)与测试探杆(3)的连接处设置有注水管接口(21)和探头连接线接口(22)，注水管(6)和数据传输线(7)分别通过注水管接口(21)和探头连接线接口(22)连接柔性水囊(2)和测试探头(1)。6.根据权利要求5所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述柔性水囊(2)外侧均匀分布有若干压力感应器(23)。7.根据权利要求4或5所述的用于双孔法测隧道围岩松动圈厚度的测试装置，其特征在于，所述测试采集分析仪(5)包括发射接口(51)、接收接口(52)、探杆伸缩控制器(53)、水压表(55)及采集记录分析处理系统(54)，所述发射接口(51)和接收接口(52)分别通过数据传输线(7)连接发射探头(11)和接收探头(12)，探杆伸缩控制器(53)连接测试探杆(3)，水压表(55)连接压力感应器(23)。8.根据权利要求1所述的用于双孔法测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新锦，燕波，赵捷，彭磊，宁波，刘竞怡，王永维，夏雨，王文强，
申请(专利权)人：陕西铁路工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：