一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置

1.本实用新型涉及隧道工程施工安全监测技术领域，具体涉及一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置。


背景技术：

2.受市场经济和科技水平不断发展的影响，隧道工程领域的新材料、新技术、新工法层出不穷，隧道建设已迈入新的发展阶段，隧道工程不管是从规模还是数量上都较之前相比有了一定的增加。由于隧道工程所处区域地质情况复杂，部分隧道支护破损严重，有时需要改变原有线路重新修建隧道。然而，在旧隧道内交叉修建新隧道，势必要对部分旧隧道衬砌就行凿除，大面积拆除隧道衬砌容易引起隧道围岩大变形，从而导致塌方、冒顶等灾害事故。
3.目前现有的围岩变形监测点一般打设在初支结构上进行检测，这种方式监测到的围岩变形仅仅是初支结构的变形量，不能直接反映隧道围岩内部断层的发生和扩展，并且常规监控量测按照时间段间次测量围岩变形，不能及时预报围岩发生的大变形。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为解决上述技术问题，提供一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置，结构简单，能够实现隧道改建中围岩大变形的快速报警。
5.本实用新型为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置，包括预警电路、固定圆锥和锁紧卡盘；所述预警电路包括电源、警报灯、用于串联电源和警报灯的导线，电源和警报灯均位于旧隧道衬砌或新隧道衬砌内，部分导线固定在固定圆锥上并由固定圆锥锚定在旧隧道衬砌或新隧道衬砌外部的围岩中，锁紧卡盘固定在导线上且位于围岩变形极限允许位置，围岩变形至极限允许位置时，锁紧卡盘被旧隧道衬砌或新隧道衬砌挤压并拉断导线。
6.作为本实用新型一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置的进一步优化：所述导线上设置有开关。
7.作为本实用新型一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置的进一步优化：所述固定圆锥的锥底端开设有供导线穿过的通孔。
8.作为本实用新型一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置的进一步优化：所述固定圆锥两侧的导线均穿过锁紧卡盘并与锁紧卡盘固定。
9.作为本实用新型一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置的进一步优化：还包括支撑箱，所述支撑箱覆盖锁紧卡盘和旧隧道衬砌或新隧道衬砌内的部分导线，所述警报灯设置在支撑箱的外壁上。
10.有益效果
11.本实用新型改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置，预警电路和固定圆锥的配合设置，形成隧道衬砌围岩内部垂直布置监测电路；通过锁紧卡盘将预警电路中的导线
拉紧，将其设置在围岩变形极限允许位置，超过变形极限允许量围岩会挤压隧道衬砌，隧道衬砌挤压锁紧卡盘，锁紧卡盘拉断导线，预警电路断开。通过警报灯的明灭能够直接对新旧隧道支护结构局部大变形进行实时监测，预报围岩大变形的发生。同时，该装置结构简单、易于拆卸、成本低廉，具有较广阔的应用前景。
附图说明
12.图1为预警装置的工作原理图；
13.图2为预警装置的安装位置示意图；
14.图中标记：1、旧隧道衬砌，2、新隧道衬砌，3、初次支护预制段，4、旧隧道衬砌凿除段，5、预警电路，51、导线，52、电源，53、开关，54、警报灯，6、锁紧卡盘，7、固定圆锥，8、围岩，81、断层。
具体实施方式
15.下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。
16.如图2所示：在隧道改建过程中，新隧道衬砌2和旧隧道衬砌1有部分交叉，在预制新隧道支护完成后，则产生旧隧道衬砌凿除段4，在凿除旧隧道衬砌凿除段4会产生旧隧道衬砌1或者新隧道衬砌2外部的围岩8的变形。本实用新型主要用于预警预制初次支护预制段3和开挖旧隧道衬砌凿除段4的施工过程中围岩8的大变形。
17.如图1所示：一种改建隧道新旧支护结构局部大变形预警装置，包括预警电路5、固定圆锥7和锁紧卡盘6。
18.预警电路5包括电源52、警报灯54、用于串联电源52和警报灯54的导线51，电源52和警报灯54均裸露在旧隧道衬砌1或新隧道衬砌2内，同时也起到照明隧道的作用。
19.部分导线51固定在固定圆锥7上，预警电路5的导线51由固定圆锥7 锚定在旧隧道衬砌1或新隧道衬砌2外部的围岩8中。固定圆锥7的锥底端开设有供导线51穿过的通孔，预警电路5的导线51远离电源52和警报灯54的一端穿过固定圆锥7上的通孔后与导电的另一端连通，形成串联电路。通过钻孔设备将旧隧道衬砌1或新隧道衬砌2以及其外部的围岩8上钻孔，借助顶杆将固定圆锥7锚固在钻孔底部，即可实现将固定圆锥7固定于围岩8中。由于预警电路5 的导线51穿过固定圆锥7，固定圆锥7锚定于围岩8的过程中可以带动预警电路5的部分导线51移至围岩8的钻孔内，最终使预警电路5中的部分导线51 固定于围岩8的钻孔内，而连接电源52和警报灯54的那部分导线51始终处于旧隧道衬砌1或者新隧道衬砌2内。
20.锁紧卡盘6固定在导线51上且位于围岩8变形极限允许位置，通过锁紧卡盘6使固定圆锥7和锁紧卡盘6之间的导线51为一定的长度，导线51的弹性形变量很小，当围岩8变形至极限允许位置时，锁紧卡盘6被旧隧道衬砌1或新隧道衬砌2挤压并拉断导线51。预制初次支护预制段3和开挖旧隧道衬砌凿除段4，由于其产生的震动较大，会引起隧道围岩8大变形，从而围岩8间会产生断层81。断层81的产生使围岩8挤压隧道衬砌，隧道衬砌挤压锁紧卡盘6，由于固定圆锥7将导线51的一端牢牢地锚定在围岩8内，锁紧卡盘6和固定圆锥 7之间的距离会逐渐变大，导线51受到锁紧卡盘6的拉力越来越大，当围岩8 达到最大变形量时，锁紧卡盘6刚好将导线51拉断，警报灯54熄灭。即，当警报灯54熄灭时，表明围岩8内部产生了最大允许的断层81，完成围岩8大变形的精准预警。
21.为了避免警报灯54一直处于明亮的状态，降低预警电路5的使用寿命，预警电路5是由电源52、开关53和警报灯54形成的串联电路。通过开关53控制警报灯54的明灭，当没有处于工作状态时，开关53处于打开状态，当固定圆锥7将导线51锚定至围岩8中后，预制初次支护预制段3和开挖旧隧道衬砌凿除段4过程中，闭合开关53，连通预警电路5，一旦围岩8大变形至极限允许位置，导线51被拉断，警报灯54灭掉。施工后期也可以回收预警电路5、固定圆锥7和锁紧卡盘6，修复导线51后，再次回收利用，预报围岩8大变形的发生。
22.预警大变形是根据固定圆锥7和锁紧卡盘6之间的导线51受到的作用力使导线51被拉断，为了加强锁紧卡盘6对导线51施加的作用力，固定圆锥7 两侧的导线51均穿过锁紧卡盘6并与锁紧卡盘6固定，固定圆锥7两侧的导线 51同时受到锁紧卡盘6的作用力，保证在预警过程中先拉紧导线51后拉断导线 51。
23.锁紧卡盘6安装好后，处于悬空状态，没有支撑，可能会造成导线51 磨损，本实用新型还包括支撑箱，支撑箱设置在旧隧道衬砌1和新隧道衬砌2 预警点的内壁上，旧隧道衬砌或新隧道衬砌内的部分导线51、锁紧卡盘6均位于支撑箱内部，支撑箱起到支撑锁紧卡盘6的作用，避免锁紧卡盘6由于重力作用对导线51有一个拉拽，会磨损导线51。警报灯54设置在支撑箱外壁上，导线51伸出支撑箱后与警报灯54的连接。
24.本实用新型的使用方法为：
25.1.在旧隧道衬砌1和新隧道衬砌2的预警点依次打设钻孔，借助顶杆将固定圆锥7锚定于钻孔底部，警报灯54和电源52裸露在旧隧道衬砌1和新隧道衬砌2内。
26.2.根据围岩8变形极限允许位置安装锁紧卡盘6，闭合预警电路5的开关53。
27.3.预制初次支护预制段3和开挖旧隧道衬砌凿除段4，警报灯54熄灭达到最大变形。
28.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。