一种钻孔内三向应变原位监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种钻孔内三向应变原位监测系统，包括：安装主杆，用于将清孔限位盘和扩径定向应变监测筒固定至预先选定的测点位置；清孔限位盘，用于在扩径定向应变监测筒入孔时扫刮清理钻孔孔壁，并保证安装主杆和扩径定向应变监测筒孔内居中；扩径锚塞，用于在扩径定向应变监测筒入孔后，在测点位置对扩径定向应变监测筒进行扩径安装；扩径定向应变监测筒，所述扩径定向应变监测筒包括钻孔径向应变监测系统、钻孔轴向应变监测系统和定位固定装置。本发明专利技术结构简单，成本较低，安装使用便捷，能够快速实现孔内应变原位监测。快速实现孔内应变原位监测。快速实现孔内应变原位监测。

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔内三向应变原位监测系统


[0001]本专利技术属于隧道与地下工程
特别涉及一种适用于隧道、巷道等地下工程复杂围岩钻孔三维应变原位监测装置，更具体地说，本专利技术涉及一种钻孔内三向应变原位监测系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]目前，钻孔应变监测法是以较高精度观测隧道、巷道等地下工程围岩内部应力应变状态变化的主要方法。其观测结果是分析围岩内部变形破坏特征和围岩稳定性的有力证据，是进一步研究围岩内部受力和变形机制的关键实证资料。然而，在隧道和巷道等地下工程建设过程中，因钻孔通常深度较大、孔径较小，孔内设备安装难度大。加之，隧道、巷道开挖后围岩内部应力重分布，围岩所受应力产生变化，钻孔内部围岩会产生局部岩屑剥落和塌孔现象，严重影响了孔内应变监测设备与钻孔壁的变形耦合，影响监测精读。此外，钻孔内水汽凝结问题和灰尘侵袭问题的存在，严重影响着钻孔应变监测等孔内监测设备的使用寿命和观测精度。同时钻孔内粗糙孔壁还会对孔内设备造成磨损，高精孔内监测设备的安装和使用也面临威胁，严重影响了钻孔内窥法在地下工程研究中的应用。
[0003]鉴于以上问题的客观存在，加之目前尚未研发出可较好的解决上述问题的孔内应变监测设备，因此研发新的、能够保证对隧道、巷道等地下岩体工程围岩内部应变状态变化进行长期保持较高精度观测的钻孔应变监测装置十分必要，有利于提高钻孔内围岩状态观测效果以及观测结果的可靠性，是深入研究隧道、巷道等地下洞室围岩内部应力和变形演化发展规律的必然需求，对围岩内部中长期受力变形特征机制研究、围岩受力和变形演化反演分析和精细化支护设计方法与相关理论的研究具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为解决上述
技术介绍
中提到的隧道、巷道等地下工程复杂围岩钻孔内应力应变监测因存在钻孔应力应变设备安装空间狭窄、安装难度大，孔内围岩局部岩屑剥落、塌孔现象严重影响应变监测设备与钻孔壁的变形耦合、影响监测精读，孔内水汽、灰尘侵袭严重影响孔内监测设备的使用寿命和观测精度，同时钻孔内粗糙孔壁对孔内设备安装过程中造成磨损的问题。本专利技术致力于研发一种基于钻孔的隧道、巷道等地下洞室围岩内部三向应变高精度监测系统和方法，提供一种结构简单，成本较低，安装使用便捷的钻孔定向三向应变监测系统。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种钻孔内三向应变原位监测系统，包括：
[0007]安装主杆，用于将清孔限位盘和扩径定向应变监测筒固定至预先选定的测点位置；
[0008]清孔限位盘，用于在扩径定向应变监测筒入孔时扫刮清理钻孔孔壁，并保证安装主杆和扩径定向应变监测筒孔内居中，所述清空限位盘的最大直径小于孔径但大于扩径前
的扩径定向应变监测筒直径；
[0009]扩径锚塞，用于在扩径定向应变监测筒入孔后，在测点位置对扩径定向应变监测筒进行扩径安装；
[0010]扩径定向应变监测筒，所述扩径定向应变监测筒包括钻孔径向应变监测系统、钻孔轴向应变监测系统和定位固定装置，
[0011]所述钻孔径向应变监测系统包括四个由双紧固弹簧串联的扩径滑块，各滑块外侧设置有径向弹簧应变计；
[0012]所述钻孔轴向应变监测系统包括在四个单紧固弹簧串联的扩径固定块，处于同一方位的扩径固定块与所述扩径滑块之间通过一对轴向弹簧应变计连接；
[0013]所述定位固定装置用于固定所述钻孔径向应变监测系统和钻孔轴向应变监测系统的扩径固定块和扩径滑块的位置，包括前挡盘和后挡盘，所述前挡盘与后挡盘间通过四个连接螺杆连接。
[0014]进一步地，所述安装主杆的端部设置有定向转锁卡头，所述定向转锁卡头用于与固定连接辅助安装推拉杆。
[0015]进一步地，所述清孔限位盘呈锥形圆盘状，其外边缘设置有柔软擦拭圈。
[0016]进一步地，所述扩径锚塞呈锥顶圆管状，内部设置有扩径锚塞定向导条，保证扩径锚塞在前推插入安装主杆和扩径定向应变监测筒之间时，不发生相对安装主杆方位的旋转。
[0017]进一步地，所述扩径定向应变监测筒外部包裹有弹性橡胶防刮套。
[0018]进一步地，所述扩径锚塞内径根据安装主杆直径确定，外径需根据扩径定向应变监测筒的扩径尺寸要求确定，保证扩径定向应变监测筒内钻孔径向弹簧应变计初始应变值处于量程中间1/3范围，同时保证扩径固定块的弧顶柱墩与钻孔壁间接触力能够防止两者产生相对滑移。
[0019]进一步地，扩径定向应变监测筒内的扩径固定块前端与固定装置前挡盘间预留5mm以上的变形空间，保证两者在轴向弹簧应变计变形前后均处于非接触状态。
[0020]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、与现有钻孔内围岩应变监测方法相比，本专利技术在安装和使用的全过程中均无需对钻孔和监测设备与围岩间隙进行注浆，也无需对普通钻孔进行局部扩孔等特殊加工，而是通过将监测设备扩径的方式实现监测设备与钻孔围岩的直接耦合接触，且可有效保证监测设备与钻孔围岩耦合变形，在减少不可控因素引入的同时，一方面提高了钻孔围岩应变的监测精度，另一方面增强了孔内设备安装的便捷性，减少了钻孔应变监测对现场施工时间和施工资源的占用，增强了钻孔应变监测法在工程中的适用性和适用范围。对隧道、巷道围岩内部应力
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应变状态和变形破坏发展机制的研究具有重要意义。
[0022]2、本专利技术在应变监测设备前方设置了清孔限位盘，可有效避免应变监测设备在安装过程中与围岩的连续接触和摩擦，同时在主要监测设备扩径定向应变监测筒外设置了弹性橡胶防刮套，尽可能的减小了粗糙钻孔壁在设备安装过程中对孔内监测设备的刮、擦、碰等，一方面保证了孔内监测设备安装过程中的安全性，另一方面清孔限位盘的清孔效果可为扩径定向应变监测筒的扩径安装提供相对光滑、干净的孔壁条件，进一步保证了监测设备与钻孔壁的耦合变形效果和监测质量。
[0023]3、本专利技术采用安装弹簧应变计元件模式进行应变监测，在扩径定向应变监测筒完成扩径安装后，仅弹簧应变计和扩径固定块处于随动工作状态，其中扩径固定块通过两对半球滑钉与扩径锚塞接触，这有效保证了监测体系在潮湿孔内环境中适应能力，即本专利技术中仅需做好所涉两种弹簧应变计的防水防尘措施、无需进行其余配件的长期防锈等措施，既可实现孔内应变的长期有效监测。以行之有效的结构模式，在保证监测效果的同时降低了钻孔内应变高精度监测对应变监测系统各类配件的材料性能要求，一定程度上降低了钻孔应变监测设备的制作成本，提高了监测精度和监测结果可靠性，增强了孔内设备安装便捷性。
[0024]4、本专利技术的应变监测系统可采用串联模式在同一钻孔内进行多点安装，即除可实现不同钻孔间相同钻孔深度处的围岩应力应变对比分析外，通过对比分析还可服务于隧道、巷道等地下工程围岩内部应力应变随钻孔深度的发展规律研究。总之，本专利技术的应变监测系统主要优势在于其通过扩径形式实现与围岩变形耦合，可保证在钻孔内多点安装，原位监测钻孔围岩三向应变发展规律，同时还具有系统结构简单、安装方便、成本较低的优点，更适宜隧道、巷道等复杂工况下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻孔内三向应变原位监测系统，其特征在于，包括：安装主杆，用于将清孔限位盘和扩径定向应变监测筒固定至预先选定的测点位置；清孔限位盘，用于在扩径定向应变监测筒入孔时扫刮清理钻孔孔壁，并保证安装主杆和扩径定向应变监测筒孔内居中，所述清空限位盘的最大直径小于孔径但大于扩径前的扩径定向应变监测筒直径；扩径锚塞，用于在扩径定向应变监测筒入孔后，在测点位置对扩径定向应变监测筒进行扩径安装；扩径定向应变监测筒，所述扩径定向应变监测筒包括钻孔径向应变监测系统、钻孔轴向应变监测系统和定位固定装置，所述钻孔径向应变监测系统包括四个由双紧固弹簧串联的扩径滑块，各滑块外侧设置有径向弹簧应变计；所述钻孔轴向应变监测系统包括在四个单紧固弹簧串联的扩径固定块，处于同一方位的扩径固定块与所述扩径滑块之间通过一对轴向弹簧应变计连接；所述定位固定装置用于固定所述钻孔径向应变监测系统和钻孔轴向应变监测系统的扩径固定块和扩径滑块的位置，包括前挡盘和后挡盘，所述前挡盘与后挡盘间通过四个连接螺杆连接。2.根据权利要求1所述的一种钻孔内三向应变原位监测系统，其特征在于，所述安装主杆的端部设置有定向转锁卡头，所述定向转锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王者超，罗洪林，刘克奇，乔丽苹，秦镭镭，马广原，孙大为，单百贺，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：