一种可开闭的隧道超前水压水量探测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种隧道超前水压水量探测装置，适用于各种土层及岩层隧道，特别 是适用于矿山法隧道施工通过高水压断裂破碎带时的水压水量超前探测。属于土木工程现 场探测技术领域。
【背景技术】
[0002] 隧道施工中，地下水是最大的风险源之一，是造成开挖面坍塌，地面沉降的重要原 因，尤其遇到断层破碎带，地层节理密集时，很有可能会产生突涌水。由于对地下水探测不 明或处理不当引起的工程事故屡见不鲜，造成巨大的经济损失。工程施工前地质勘查并不 能完全反应地质情况，特别是对地下水的探测，需要在施工过程中进行掌子面超前探测，更 为准确的掌握施工范围内的工程地质及水文地质情况，以保证施工安全。
[0003] 目前现有的超前探测手段主要有常规地质法(地质素描法、地质作图法、数码成像 等）、超前导坑法（平行导坑法、正洞导坑法）、超前钻探预报法（深孔水平钻探、孔内摄影 等）、物理勘探法(TSP、地质雷达及红外探水等）。常规地质法的优点是不干扰施工，设备简 单，出结果快，预报效果较好，而且为整个隧道提供详细的地质资料;缺点是对于隧道前方 未开挖的不良地质容易漏报。超前导坑预报法中的正洞导坑法是在隧道正洞中某个部位开 挖一个断面较小的导坑以探明地质情况的方法。该方法较平行导坑法更直接、更准确。正洞 导坑可作为隧道施工工法的一种，既开挖了隧道又探明了地质情况。物探法中红外探水是 常用的方法，不需要钻孔，操作便捷，但是由于该方法受施工环境(如施工涌水、高能辐射体 影响、掌子面后方拱顶滴水等)等各种因素的影响，所以掌子面的温度受到干扰很多，以至 影响其探查效果。虽然此方法对定性预报掌子面前方有无隐伏的含水体是有效的，但对含 水层的位置、赋存形态、出水量、出水压力等都无法进行定量分析，而且对有水情况下的地 质灾害更是难以准确预报，即这种红外探水方法存在局限性。
[0004] 超前钻探法可以直观反映掌子面前方基本地质情况，是施工预报最有效方法之 一，对岩体完整性、地下水和垂直隧洞轴线的地质结构面等预报效果较好。传统的超前钻探 法对水的探测多基于钻机油栗油压、孔口水压、流速来推测水头压力及涌水量，经验依赖性 强，且可信度较低。本发明填补这一空白，对超前钻探所揭露地层的水压、水流量及孔隙水 压力直接进行测定，更为准确的判断开挖面前方的地下水状况，并据此可对高水压条件下 的地质灾害做出更准确的预报。
【发明内容】
[0005] 本发明目的在于克服现有技术不足，公开一种可自封闭的隧道超前水压水量探测 装置，通过水平超前钻孔及可开闭的封闭装置，探测到掌子面前方水压和水量情况，以确定 后续施工方案，从而规避风险，保证施工安全。
[0006] -种可开闭的隧道超前水压水量探测装置，其特征在于，包括依次连接的可开闭 的封堵装置、可伸缩的导水装置和水压水量测量装置；
[0007] 所述的可伸缩的导水装置顺次包括前端套管(2)、首节套管（10)、第二节套管（12) 和第三节套管（13)，所述首节套管（10)、第二节套管（12)和第三节套管（13)相邻处分别通 过管节紧固装置（11)连接。所述首节套管（10)的首尾分别插入前端套管(2)的后段和第二 节套管（12)的前段内。所述第二节套管（12)的尾段插入第三节套管（13)的前段内。
[0008] 所述可开闭的封堵装置位于整个探测装置的前端，包括弹簧(3)、过滤网（4)、凹槽 (5)卡扣(6)、橡胶片(7)、钢支架(8)。其中：
[0009] 所述的钢支架(8)由内、外两根钢杆(81、82)组成，内部钢杆81的一端与前端套管 (2)的末端铰接，其另一端与外部钢杆82的中部铰接，外部钢杆82的一端与首节套管（10)外 壁铰接;所述的橡胶片(7)与钢支架(8)的外部钢杆82相连，随着钢支架撑开而撑开。
[0010] 所示的过滤网(4)设于首节套管（10)前端，位于首节套管（10)内部。
[0011] 所述的弹簧(3)位于前端套管(2)中，弹簧(3)的一端与前端套管(2)的端头内壁凸 起处(21)相连，其另一端抵在首节套管（10)的端头。
[0012] 所述的凹槽(5)开凿在前端套管(2)内壁上，位于所述凸起21的后端。
[0013] 在首节套管（10)外壁开设有凹槽结构101，所述的卡扣(6)设置在凹槽结构101内。 所述卡扣(6)外形设计为:脱出方向的一侧为直边，伸入方向的一侧为弧形。卡扣(6)-端与 首节套管（10)铰接，另一端与首节套管（10)通过弹簧62连接。
[0014]所述水压水量测量装置按照位置关系依次包括孔隙水压力计传感器（1)、孔隙水 压力计显示器（14)、静止水压力计及显示表盘（15)、阀门（16)、水流量计及显示表盘（17); 所述孔隙水压力计传感器（1)位于前端套管（2)上;所述静止水压力计及显示表盘（15)、阀 门（16 )、水流量计及显示表盘(17)安装于第三节套管（13)上。
[0015] 工作方式：
[0016] 探测前采用水平超前钻孔机钻孔至所需探测的位置，软弱地层采用套管护壁。该 装置伸入探孔内，前端套管抵住孔底，继续向里推进中心套管，前端套管和首节套管之间相 对运动，使得钢支架带动橡胶片撑开，形成密闭空间。首节套筒上的卡扣卡在前端套管的凹 槽内，保证密闭装置处于工作状态。待水充满管节，关闭后端的阀门，通过水压计测定水压； 打开阀门后，通过水流量机测定水量;通过最前端孔隙水压力传感器测定前端地层中的孔 隙水压力。测定完毕后继续往里推中心套管至卡扣脱出凹槽，旋转中心套管后方可松开钢 支架，将整个装置脱出。本发明提供的隧道超前水压水量探测装置，通过水平超前钻孔及可 开闭的封闭装置，探测到掌子面前方水压和水量情况，以确定后续施工方案，从而规避风 险，保证施工安全。
[0017] 本发明对超前钻探所揭露地层的水压、水流量及孔隙水压力直接进行测定，更为 准确的判断开挖面前方的地下水状况，并据此可对高水压条件下的地质灾害做出更准确的 预报。
[0018] 本发明创新点及其有意效果：
[0019] 1.本发明适用范围广，在满足钻孔条件的情况下，盾构隧道及山岭隧道均可使用。 [0020] 2.本发明可以实现钻孔底部的自封闭，水压力测定结果更接近实际情况。
[0021] 3.本发明直接探测钻孔内水压及水量，不需中间信号处理，结果直观可靠。
[0022] 4.发明导水所用管节可以伸缩，工作时适应任意探测深度，非工作时便于携带和 存放。
[0023] 5.本发明可利用超前地质预报的钻孔进行探测，可不需要专门进行钻孔。
【附图说明】
[0024] 图1为该装置前段自封闭装置及孔隙水压计传感器安装示意图；
[0025] 图2为该装置中段套管管节安装示意图；
[0026] 图3为该装置后段孔隙水压力仪表、阀门和水流量计的示意图；
[0027] 图4为卡扣和凹槽局部放大图；
[0028] 图5为非工作状态下套管卡扣位置示意图；
[0029] 图6为工作状态下套管卡扣位置示意图；
[0030] 图7为从工作状态脱出时卡扣位置示意图；
[0031]图8为本发明装置整体示意图。
[0032] 标记说明：
[0033] 1.孔隙水压力计传感器2.前端套管3.弹簧4.过滤网5.凹槽6.卡扣 7.橡胶片8.钢支架9.钻孔套管10.首节套管11.管节紧固装置12.第二节套管 13第三节套管14.孔隙水压力计显示器15.静止水压力计及显示表盘16阀门17.水 流量计及显示表盘21.前端套管凸起81.钢支架内部钢杆82.钢支架外部钢杆61. 卡扣处的铰62.卡扣处的弹簧101.首节套管凹槽。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明装置的超前探测水压水量的实施方式进行详细说明。
[0035]本发明涉及一种隧道超前水平钻孔水压水量探测装置，适用于各种土层及岩层隧 道，特别是适用于矿山法隧道施工通过高水压断裂破碎带时的水压水量超前探测。。其包括 前端可开闭的封堵装置、中部可伸缩的导水装置及后部水压水量测量装置。采用水平钻孔 机钻孔至所需探测的位置，软弱地层采用套管护壁。能形成探测位置处的封闭空间，保证测 定结果接近实际情况。该装置伸入探孔内，通过前套管和首节套管的相对运动以及