隧道监控量测测桩、其保护装置及施工方法与流程

本发明涉及一种隧道监控量测测桩及其保护装置，该装置固定于围岩之中，能够为隧道监控量测提供稳定、不易破坏的测点，有利于隧道监控量测工作的准确、高效进行。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着我国经济的发展，大量的交通基础设施建设正在全国各地铺展开来，其建设过程中不可避免的面临大量穿山越岭的隧道建设任务。监控量测作为一种有效的安全保障技术应用于几乎所有隧道的作业过程中。隧道监控量测是在隧道开挖过程中，使用各种量测仪表和工具对围岩变化情况和支护结构的工作状态进行量测，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复合式衬砌中，依据量测结果确定二次衬砌施作时间。

在隧道监控量测过程中，关键步骤之一就是布置监控量测测点。为了更好的获取测量数据，往往需要根据隧道围岩等级情况，每隔一定距离在同一断面布设多个监控量测桩。监控量测桩裸露在隧道围墙外的部分需要贴上反光贴，通过全站仪进行隧道的监控量测工作。

目前为止，在隧道作业过程中，监控量测桩经常遇到：1.锚杆台车、挖掘机等工程车辆的误碰而破坏；2.靠近掌子面的监控量测桩容易被爆破的碎石击中而导致破坏；3.在掌子面附近拱架立完后的喷浆过程中，监控量测点经常被泥浆遮盖；4.地下水系丰富的隧道会出现渗水情况，渗水携带泥浆会遮盖监控量测点；5.对于隧道拱顶沉降点的监测通常是在初支完成后，将监控量测桩打入初期支护混凝土内，而非拱顶处的围岩内，影响后续监测工作的精度；6.隧道内粉尘较多，光线昏暗，使用全站仪的过程中不易准确定位监控量测点，影响监测精度。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种隧道监控量测测桩、其保护装置及施工方法。该装置固定于围岩之中，能够为隧道监控量测提供稳定、不易破坏的测点，有利于隧道监控量测工作的准确、高效进行。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种隧道监控量测测桩保护装置，包括：固定膨胀螺栓和测桩保护装置，其中，

固定膨胀螺栓，包括本体、膨胀端和连接端，膨胀端和连接端分别位于本体的两端，其膨胀端包括压块和若干个膨胀压片，若干个膨胀压片的一端环绕固定膨胀螺栓的本体端部边缘分布设置，另一端为自由端，朝向本体的外延方向；若干个膨胀压片围成压块的运动空间，膨胀压片具有弹性，且膨胀压片围成的通道直径自膨胀压片的自由端至固定端逐渐减小；

测桩保护装置，包括壳体、罩体和固定杆，罩体包括内保护罩和外保护罩，内保护罩可抽拉地设置于外保护罩内，外保护罩通过旋转轴安装在壳体的端部，内保护罩完全抽出时，罩体将壳体的开口完全封闭；

固定杆固定设置于壳体的内部，用于安装测桩，所述壳体的远离罩体的一端设置连接部，用于与所述固定膨胀螺栓的连接端可拆卸连接。

在隧道围岩上钻孔后，将固定膨胀螺栓插入钻孔内，当压块端部抵接到钻孔的底部时，继续对固定膨胀螺栓施加压力，压块在压力作用下，压入若干个膨胀压片围成的通道内，由于通道的直径自膨胀压片的自由端至固定端逐渐减小，且膨胀压片具有弹性，所以，膨胀压片在压块的加压作用下，会发生弹性形变，其自由端会向外侧运动，增大了膨胀压片围成的结构的直径，进而可以增大与钻孔内径之间的作用力，进而增大了固定膨胀螺栓的固定强度。在遭受误碰和碎石击中时，不至于遭到破坏。

固定膨胀螺栓可以与围岩之间牢牢固定，保证测桩不发生晃动，进而保证了量测的高精度。

在一些实施例中，每个膨胀压片的外侧均设置有磨粒层。磨粒可以在压力作用下紧紧扣住围岩，保证将固定膨胀螺栓牢牢固定在围岩中。

进一步的，所述磨粒层与膨胀压片一体成型。这样可以保证磨粒与膨胀压片之间的结合强度，防止在固定过程中磨粒从膨胀压片表面脱落。

更进一步的，所述磨粒层中的磨粒的粒径为0.5cm-1cm。

在一些实施例中，每个膨胀压片与固定膨胀螺栓本体的连接位置设置有应力分散圆槽。当膨胀压片张开时，可以保证其底部不会出现应力集中现象而导致破坏。

在一些实施例中，所述压块包括第一段和第二段，第一段为圆柱体，第二段为缩径结构，第二段的大径端与第一段的端部连接，第二段的小径端朝向固定膨胀螺栓的本体方向设置。

由于膨胀压片围成的压块的运动通道是缩径结构，实践证明，如果压块的直径是均一的，容易导致压块与膨胀压片的加压部位应力较大，造成膨胀压片的损坏。第二段为缩径结构，可以提高与膨胀压片之间的接触面积，进而对膨胀压片较温和施压，使膨胀压片安全使用。

进一步的，所述第二段为圆台体结构或半球形结构。

进一步的，每个膨胀压片的截面为扇形。与压块的形状相适应。

在一些实施例中，所述固定膨胀螺栓的连接端设置外螺纹。

进一步的，所述固定膨胀螺栓的连接端还设置顶环，顶环设置于外螺纹的内侧。

固定膨胀螺栓通过外螺纹与测桩保护装置的内螺纹配合连接，紧密咬合，避免发生滑丝现象，顶环起到限位作用，防止螺纹配合的过拧；而且与螺帽之间通过垫片接触，可以保证拧合后的螺帽稳定而不发生转动走位。

在一些实施例中，固定膨胀螺栓的本体与膨胀压片之间一体加工成型。

两者之间采用高强度、防锈蚀钢材一体加工成型，保证了固定膨胀螺栓的强度和耐久性。

在一些实施例中，所述压块的长度大于膨胀压片的长度。压块具有足够的长度，可以完全顶开膨胀压片，并与固定膨胀螺栓的本体顶部接触。膨胀压片被顶开后直径增加，足够保证其与围岩钻孔发生紧密的挤压接触，从而牢牢地将固定膨胀螺栓进行固定。

进一步的，所述固定膨胀螺栓的本体的长度为35cm-50cm。螺栓长度足够超越围岩细孔与初支粗孔深度之和，保证拧合顶环以下部分可以暴露在初支以外。

在一些实施例中，所述测桩保护装置的连接部包括旋转连接盘和螺帽，螺帽通过旋转连接盘安装在测桩保护装置的端部，螺帽与固定膨胀螺栓的连接端连接。

设置旋转连接盘，使得测桩保护装置可以朝各个方向旋转，以适应不同方位的测量。

旋转连接盘可以是各种形式的旋转盘体，如，在测桩保护装置的端部设置一个转轴，盘体中部设置通孔，盘体通过通孔安装在转轴上，盘体通过连接结构与螺帽固定连接。或，在测桩保护装置的端部设置环形旋转轨道，在盘体的一面设置有与环形旋转轨道配合的环形轨道，两轨道配合安装，可实现盘体的旋转，螺帽通过连接结构固定在盘体的另一侧，如，焊接；或，转动连接盘转动部件采用密封式轴承，用高强度、耐腐蚀材质打造，可以抵抗一定强度的机械冲击如爆破飞石的影响，耐久度高，并且不会发生水平或垂直方向的晃动，保证了下部构件与上部构件保持一样的稳定性。

还可以是通过电机控制旋转连接盘的任意角度的转动，保证监控量测作业的高效性和方便性。

在一些实施例中，所述固定杆的一端固定在壳体的端部，另一端延伸出壳体的开口处。

测桩安装在固定杆的另一端，将固定杆的另一端延伸出壳体的开口处，可以保证测桩完全位于壳体的开口处，增大测桩的可视范围，以保证量测的顺利进行。

在一些实施例中，所述内保护罩和外保护罩之间通过轨道连接，外保护罩的端部设置有卡爪，内保护罩的表面设置有多个卡槽，卡爪与不同位置处的卡槽配合，以控制内保护罩的开度。

进一步的，所述外保护罩为中空结构，包括内层壳体和外层壳体，内层壳体和外层壳体围成内保护罩的运动轨道。

更进一步的，外保护罩的内层壳体外壁上设置有卡爪，内保护罩的内侧设置多个卡槽。

以保证保护罩外表面落上的浆液及时流走。

进一步的，所述内保护罩的两端通过旋转轴和外保护罩连接，电机的输出轴与所述旋转轴的一端连接，电机固定在外保护罩上。

电机转子的旋转带动内保护罩相对于外保护罩的旋转，可以自动控制内保护罩的开度。

进一步的，所述内保护罩和外保护罩的外表面覆盖有透明蜡制层。当喷浆浆液误洒到罩体上后，会很快流走，避免浆液沾附。

进一步的，所述内保护罩和外保护罩均由透明材质制成。

在一些实施例中，所述测桩保护装置的壳体与内保护罩盖合的位置为倾斜面。可以与内保护罩紧密贴合，避免外界喷浆浆液的进入。

一种隧道监控量测测桩，包括测桩本体和所述隧道监控量测测桩保护装置，测桩本体安装在所述固定杆上。

在一些实施例中，所述测桩包括固定板、测点和警示灯，测点和警示灯安装在固定板上，测点为反光片，警示灯的电源为电池。

监控量测测点采用优质反光片制成，保证在较远处依旧有相当高的分辨率。同时测点周围设置有警示灯，当内保护罩开启时切换到测量模式，增加监控量测测点清晰度，当内保护罩关闭时切换到警示模式，高亮度频繁闪烁，警示工程车辆不要误碰测点。

一种隧道监控量测测桩的施工方法，包括如下步骤：

根据隧道围岩等级情况，确定围岩固定测桩的布设位置；

对初支用大尺寸的钻机进行初支粗孔的打孔作业，打穿初支后，换用小尺寸的钻机在初支粗孔中心处进行围岩细孔的打孔作业，打至合适深度；

在围岩细孔中插入固定膨胀螺栓，敲击螺栓本体，使得压块顶入膨胀压片，直至膨胀压片紧密挤压围岩细孔，固定膨胀螺栓被紧紧固定为止；

拧合螺帽直至测桩保护装置紧紧抵靠在固定膨胀螺栓下部的拧合顶环处，完成施工。

本发明的有益效果是：

(1)本发明为隧道内的监控量测作业提供了一种高精度、自动化装置，通过安装于围岩细孔的固定膨胀螺栓解决了初支对围岩变形量的影响问题，提高了监测精度。

(2)本发明装置设置有遥控操作的转动连接盘和内保护罩，省却了人力清洗测点的工序，并且可以调整测点朝向，提高了监控量测的效率。

(3)本装置对监控量测测桩具有保护功能，避免了测点的破坏、松动和变形。装置安装方便，成本较低，效果很好，便于普及和推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明装置固定膨胀螺栓三视图。

图2是本发明装置测桩保护装置三视图。

图3是本发明装置围岩固定测桩示意图。

图4是本发明围岩固定测桩安装于围岩中的示意图。

其中，1、压块圆柱身，2、压块半球头，3、摩擦粒，4、压片，5、应力分散圆槽，6、插销顶头，7、螺栓连接柱，8、拧合顶环，9、外螺纹，10、压块，11、膨胀压片，12、本体，13、固定膨胀螺栓，14、内螺纹，15、螺帽柱身，16、旋转连接盘，17、保护圆盘，18、保护圆柱，19、自动转轴，20、外保护罩，21、内保护罩，22、固定杆，23、固定板，24、警示灯，25、监控量测测点，26、螺帽，27、保护外壳，28、监控量测测桩，29、测桩保护装置，30、围岩固定测桩，31、围岩，32、围岩-初支交界面，33、初支，34、围岩细孔，35、初支粗孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图3所示，一种适用于隧道监控量测测桩的保护装置，包括固定膨胀螺栓13和测桩保护装置29。所述固定膨胀螺栓13固定于围岩31中，测桩保护装置29安装于固定膨胀螺栓13下部。

如图1所示，所述的固定膨胀螺栓13包括压块10、膨胀压片11和螺栓本体12，压块10劈开膨胀压片11使之抵靠在围岩31壁上，从而固定螺栓本体12。所述的压块10分为压块圆柱身1和压块半球头2，采用高强度、耐腐蚀钢材一体成型，与膨胀压片11通过挤压连接连接在一起；所述的膨胀压片11包括摩擦粒3、压片4和应力分散圆槽5，压片4外侧加工有摩擦粒3，底部加工有应力分散圆槽5；所述的螺栓本体12包括插销顶头6、螺栓连接柱7、拧合顶环8和外螺纹9，各部件与膨胀压片11均为一体加工成型，保证其强度。

如图2所示，所述的测桩保护装置29包括螺帽26、转动连接盘16、保护外壳27和监控量测测桩28，螺帽26与固定膨胀螺栓13螺纹连接，下部通过旋转连接盘16与保护外壳27固连，监控量测测桩28设置在保护外壳27内部。所述的螺帽26包括内螺纹14和螺帽柱身15，内螺纹14设置于螺帽柱身15内部，与外螺纹9紧密咬合，螺帽柱身15采用高强度、耐腐蚀钢材打造；所述的转动连接盘16通过无缝焊接，上部与螺帽26固连，下部与保护圆盘17固连；所述的保护外壳27包括保护圆盘17、保护圆柱18、自动转轴19、外保护罩20和内保护罩21，保护圆盘17与保护圆柱18采用高强度、耐腐蚀钢材通过无缝焊接固连，外保护罩20固连于保护圆柱18水平切口侧，内保护罩21通过自动转轴19与外保护罩20转动连接，自动转轴与电机连接，电机固定在外保护罩上，电机动作，带动内保护罩旋转，使其可以压合在保护圆柱18楔形切口侧。

内保护罩和外保护罩之间通过轨道连接，外保护罩的端部设置有卡爪，内保护罩的表面设置有多个卡槽，卡爪与不同位置处的卡槽配合，以控制内保护罩的开度。

进一步的，所述外保护罩为中空结构，包括内层壳体和外层壳体，内层壳体和外层壳体围成内保护罩的运动轨道。外保护罩的内层壳体外壁上还可以设置有卡爪，内保护罩的内侧设置多个卡槽。内保护罩从外保护罩中伸出，通过卡爪将对应的卡槽进行卡合，将内保护罩固定在特定的开合角度处。

旋转连接盘16可以是各种形式的旋转盘体，如，在测桩保护装置的端部设置一个转轴，盘体中部设置通孔，盘体通过通孔安装在转轴上，盘体通过连接结构与螺帽固定连接。或，在测桩保护装置的端部设置环形旋转轨道，在盘体的一面设置有与环形旋转轨道配合的环形轨道，两轨道配合安装，可实现盘体的旋转，螺帽通过连接结构固定在盘体的另一侧，如，焊接；或，转动连接盘转动部件采用密封式轴承，用高强度、耐腐蚀材质打造，可以抵抗一定强度的机械冲击如爆破飞石的影响，耐久度高，并且不会发生水平或垂直方向的晃动，保证了下部构件与上部构件保持一样的稳定性。

所述的监控量测测桩28包括固定杆22、固定板23、警示灯24和监控量测测点25，固定杆22，固定板23均采用高强度、耐腐蚀钢材打造，固定板23通过固定杆22与保护圆盘17采用无缝焊接固连，固定板23上设置有警示灯24和监控量测测点25。

如图3所示，所述的围岩固定测桩30由固定膨胀螺栓13和测桩保护装置29拧合固定而成，并将测桩安装在测桩保护装置29内。

本发明的应用方法如下：

a、根据隧道围岩31等级情况，确定围岩固定测桩30的布设位置；

b、对初支33用稍大尺寸的钻机进行初支粗孔35的打孔作业，打穿初支33后，换用稍小尺寸的钻机在初支粗孔35中心处进行围岩细孔34的打孔作业，打至合适深度；

c、在围岩细孔34中插入固定膨胀螺栓13，敲击螺栓本体12，使得压块10顶入膨胀压片11，直至膨胀压片11紧密挤压围岩细孔34，固定膨胀螺栓13被紧紧固定为止；

d、拧合螺帽26直至测桩保护装置29紧紧抵靠在固定膨胀螺栓13下部的拧合顶环8处，关闭内保护罩21，此时警示灯24高亮闪烁进入警示模式；

e、进行监控量测作业时，将旋转连接盘16转到合适角度，打开内保护罩21，此时警示灯柔和照明进入测量模式；

f、监控量测作业结束后，关闭内保护罩21，进入警示模式。

重复a-f步骤即可随着隧道的开挖持续进行监控量测作业。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。