【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程中的水文地质勘察，特别涉及一种基于钻孔测试的掌子面前方富水区初始动水压力测试装置及测试方法。
技术介绍
1、在地下工程施工过程中，掌子面前方富水区的初始动水压力是一个重要参数，它对地下工程的设计和施工具有重要的影响。掌子面前方富水区指的是地下水在地层中富集、压力较高的区域，施工中如果未能准确估计和测试掌子面前方富水区的初始动水压力，可能会导致地下水突破掌子面，进入工作面，从而引发工程事故，造成经济损失和人员伤亡。
2、目前常用的掌子面前方富水区初始动水压力测试方法是通过钻孔进行水位监测，并计算压力。然而，现有的方法存在一些问题。首先，钻孔水位监测需要时间较长，无法及时获取初始动水压力的准确数值。其次，钻孔测试的结果容易受到孔壁渗透性和孔内水流动的影响，导致测试结果不够准确可靠。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，以在较短的时间内获取掌子面前方富水区的初始动水压力数据，具有操作简便、成本较低且准确可靠，克服了现有方法时间长、结果不准确的问题。以提高工程勘察的效率和准确性，为工程设计和施工提供可靠的依据。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术的隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，其特征是：包括勘察钻孔、快速封堵器、激光测距仪和气压高度计，所述水平勘察钻孔布置在掌子面上一定高度处；所述快速封堵器可拆卸安装在在水平勘察钻孔的孔口端，用
4、所述快速封堵器由主体由端面钢板、承托钢管和柔性气囊构成，所述端面钢板的板面中央开设供水平勘察钻孔内水流流出的出水孔，出水孔以外在板面上沿环向间隔设置供安装螺栓穿过的安装孔；所述承托钢管的截面呈半圆形，焊接固定在端面钢板的后板面上，承托钢管的外径与水平勘察钻孔孔径相一致，内弧面与出水孔孔壁相吻合；所述柔性气囊固定在承托钢管内弧面上，其外端设置至少两个充排气孔。
5、本专利技术所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述测试装置的隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试方法，该方法包括如下步骤：
6、s01.当需要测量掌子面前方赋水区动水压力时，在掌子面上布置水平勘察钻孔，直到水平勘察钻孔水流自由流出；
7、s02.在水平勘察钻孔孔口处安装固定快速封堵器，柔性气囊随同承托钢管插入水平勘察钻孔内，通过安装螺栓将端面钢板固定在掌子面上；
8、s03.通过充排气孔向对柔性气囊充气，使柔性气囊快速膨胀填满水平勘察钻孔断面直到水流完全断流；
9、s04.开始试验，通过充排气孔释放堵漏装置柔性气囊内的气体，使柔性气囊变平坦，水流从出水孔自由流出；
10、s05.待水流稳定流出，标记水流落地点，然后对柔性气囊充气密封水平勘察钻孔，水流不再流出；
11、s06.在水流落地点处，使用支架放置激光测距仪，触发激光测距仪，测量并记录水流落地点、水流出射点的距离值，即斜线距离s；
12、s07.采用气压高度计测量水平勘察钻孔相对于地面的高程；
13、s08.根据水平勘察钻孔相对于地面的高程h，以及水流初始喷射的的水平距离h计算初始动水压力p1，结合水量及其水压衰减情况综合判识掌子面前方涌水风险；
14、所述初始动水压力p1按下式计算：
15、p2≈101325pa
16、
17、式中，p2为水流从钻孔喷射后动水压力，ρ为水流的密度，p2为水流从钻孔喷射后动水压力。
18、本专利技术的有益效果主要体现在如下方面：
19、一、操作简便，采用快速封堵器的方法，无需复杂的设备和大规模的施工，简化了操作步骤，降低了测试的难度和复杂性；
20、二、成本低廉，相比其他测试方法，本专利技术所需的设备和材料成本较低，可大幅降低测试成本，提高经济效益；
21、三、测量准确，通过使用激光测距仪和高度计测量水流从钻孔出射点到水流落地点的斜线距离和垂直距离，进而计算出水平距离，有效地避免了水位变化试验中受到地下水位变化等因素的影响，提高了测试结果的准确性；
22、四、初始水动压力计算准确：利用伯努利方程，结合测得的水平距离和垂直距离，准确计算出掌子面前方富水区的初始水动压力，为工程设计和施工提供可靠的参考；
23、五、提高工程勘察效率，本专利技术操作简单、成本低廉，可以快速、准确地测定掌子面前方富水区的初始动水压力，提高了工程勘察的效率和准确性，为工程设计和施工提供可靠的依据。
24、综上所述，本专利技术的初始动水压力测试方法在操作简便、成本低廉的同时，能够准确测定掌子面前方富水区的初始动水压力，提高工程勘察效率，为工程设计和施工提供可靠的依据，实现了工程的经济性和合理性。
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1.隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，其特征是：包括勘察钻孔(10)、快速封堵器、激光测距仪和气压高度计，所述水平勘察钻孔(10)布置在掌子面(D)上一定高度处；所述快速封堵器可拆卸安装在在水平勘察钻孔(10)的孔口端，用于控制水平勘察钻孔(10)内水流在自由流出、完全断流两种状态之间转换；所述激光测距仪设置在水流落地点(B)处，用于测量水流出射点(A)、水流落地点(B)之间的斜线距离(S)；所述气压高度计用于水平测量勘察钻孔(10)相对于地面的高程(h)。
2.如权利要求1所述的隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，其特征是：所述快速封堵器由主体由端面钢板(20)、承托钢管(23)和柔性气囊(30)构成，所述端面钢板(20)的板面中央开设供水平勘察钻孔(10)内水流流出的出水孔(21)，出水孔(21)以外在板面上沿环向间隔设置供安装螺栓(22)穿过的安装孔；所述承托钢管(23)的截面呈半圆形，焊接固定在端面钢板(20)的后板面上，承托钢管(23)的外径与水平勘察钻孔(10)孔径相一致，内弧面与出水孔(21)孔壁相吻合；所述柔性气囊(30)固定在承托钢管(
3.采用如权利要求1或2所述测试装置的隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试方法，包括如下步骤：
4.如权利要求3所述隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试方法，其特征是：所述斜线距离S、水平勘察钻孔(10)相对于地面的高程h的测量进行3次以上，以多次测量结果的平均值作为最终测量值。
...【技术特征摘要】
1.隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，其特征是：包括勘察钻孔(10)、快速封堵器、激光测距仪和气压高度计，所述水平勘察钻孔(10)布置在掌子面(d)上一定高度处；所述快速封堵器可拆卸安装在在水平勘察钻孔(10)的孔口端，用于控制水平勘察钻孔(10)内水流在自由流出、完全断流两种状态之间转换；所述激光测距仪设置在水流落地点(b)处，用于测量水流出射点(a)、水流落地点(b)之间的斜线距离(s)；所述气压高度计用于水平测量勘察钻孔(10)相对于地面的高程(h)。
2.如权利要求1所述的隧道掌子面前方富水区初始动水压力测试装置，其特征是：所述快速封堵器由主体由端面钢板(20)、承托钢管(23)和柔性气囊(30)构成，所述端面钢板(20)的板面中央开设供水...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明浩，王胜，付开隆，张广泽，徐正宣，周航，尹小康，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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