专利名称：一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及隧道施工过程中的监测装置，具体的说是一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法，主要用于隧道暗挖过程中管棚支护的挠度和内力测试。
背景技术：
为缓解交通的压力，实现行车的立体交叉，需要在繁忙的公路、铁路和既有建筑物下修建隧道。隧道施工方法受到地面建筑、城市交通、水文地质、环境保护、施工工具等因素的影响，浅埋暗挖法以其适应性强、经济性好的特点，在隧道施工中广泛应用。但是采用浅埋暗挖法施工的隧道，上部覆盖层较薄，围岩条件通常较差，施工安全风险非常大；而超前管棚作为一种支护体系，可长距离加固暗挖隧道拱部地层，为隧道施工创造了有利条件，提高了安全度。 管棚支护通过向围岩中打入钢管并向围岩中注浆，减少土体空隙率，增加土的密实度，使管棚、浆液和土体共同作用，维护围岩结构的整体性，提高围岩的物理强度，调动软弱围岩的自承能力，使其及时有效地抑制围岩的变形。管棚支护在稳定开挖围岩的同时，也产生了相应的变形，通过对该变形进行测试，综合地表沉降、拱顶下沉和周边收敛的测试结果，可形成完整的管棚支护围岩稳定性评价体系，实时监测管棚支护围岩的受力以及形变，极大的增加隧道施工的安全性。
发明内容
为了解决隧道施工中管棚支护变形的监测问题，本发明提供了一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法。本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，主要由测斜装置和测力装置构成，所述测斜装置主要由测斜钢管、水平测斜管和设置在水平测斜管内一端的固定滑轮组成，所述固定滑轮上设有钢绞线，所述水平测斜管外环套有环形支架，环形支架通过其上设有的滚轮与测斜钢管的内壁接触；所述测力装置主要由测力钢管和内部设有钢筋计的钢筋笼构成，钢筋笼通过其下部的推送滑轮设置在测力钢管内；所述的测斜钢管和测力钢管相邻设置在隧道拱顶；
所述钢筋计通过连接钢筋垂直焊接在钢筋笼的内壁上；
所述固定滑轮通过铁丝和钢板固定在水平测斜管内的一端；
所述水平测斜管与环形支架为过盈配合，且两者之间通过铁丝捆绑固定。本发明中，所述的水平测斜管外径小于环形支架内径，环形支架外径应小于测斜钢管内径，钢筋笼外径小于测力钢管内径。利用所述的变形测试装置测试隧道管棚支护变形的方法，包括以下步骤
步骤一、将该装置的测斜装置和测力装置相邻布置在所要监测的隧道拱顶，并使测斜
装置水平设置；
步骤二、在测斜装置内的钢绞线的一端设置水平测斜仪，另一端绕过固定滑轮并裸露在外，拉动裸露在外的钢绞线使水平测斜仪沿测斜钢管的内壁向内移动，每隔半米记录一次水平测斜仪的读数，待水平测斜仪移动到测斜钢管底部时，交换水平测斜仪和钢绞线的进出方向，仍然拉动钢绞线，并每隔半米记录一次水平测斜仪的读数；
步骤三、对测斜钢管内同一位置的测得的两个数据取平均值作为该位置的斜度值，通过换算将整根测斜钢管不同位置的斜度值转化为测斜钢管长度方向上的挠度曲线，并通过该挠度曲线判断隧道管棚支护的变形情况；
步骤四、通过对测力装置中设置的钢筋计读数的处理来判断管棚内力随隧道施工的变化情况。本发明的工作原理为
通过在隧道拱顶钢管内布置水平测斜管以及相邻的钢管内布置钢筋计，测量钢管的挠 度和受力情况，分析管棚支护在隧道开挖过程中的变形及受力机制。将通过固定滑轮的钢绞线的一端与水平测斜仪连接，另一端裸露在外；沿水平测斜管向外拉动裸露在外的钢绞线，使得水平测斜仪沿水平测斜管向内移动，每隔半米记录一次数据；待测斜仪滑动至水平测斜管底部后，交换测斜仪与裸露线进出方向，仍然每隔半米记录一次数据，对同一位置的两次数据取平均值，通过一定的数学换算，得到水平测斜管在整个长度上的挠度曲线。对于安装钢筋计的钢管内力测试，由于钢筋笼与钢管之间充满水泥砂浆，形成共同受力变形体，随着隧道开挖的进行，钢筋计与钢管产生同步变形，通过对钢筋计测试数据的处理，得到管棚内力随隧道施工的变化情况。有益效果本发明通过布置水平测斜管以及在水平测斜管内设置固定滑轮，使得水平测斜仪可沿水平测斜管移动来测定其斜度，达到了实时监控隧道拱顶变形的目的；在钢管内安装钢筋计，通过钢筋计对钢管内力的测试，间接反映出管棚内力随隧道施工的变化情况，结构简单实用，便于操作和推广应用。
图I为本发明在隧道拱顶的安装示意 图2为本发明测斜装置的结构示意 图3为本发明测斜装置的剖视 图4为本发明测力装置的结构示意 图5为本发明测力装置的剖视 附图标记1、测斜装置，2、测力装置，I. I、测斜钢管，I. 2、水平测斜管，I. 3、环形支架，I. 4、滚轮，I. 5、固定滑轮，I. 6、钢绞线，2. I、测力钢管，2. 2、钢筋笼，2. 3、钢筋计、2. 4、推送滑轮。
具体实施例方式如图所示，一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，主要由测斜装置I和测力装置2构成，所述测斜装置I主要由测斜钢管I. I、水平测斜管I. 2和设置在水平测斜管I. 2内一端的固定滑轮I. 5组成，固定滑轮I. 5通过铁丝和钢板固定在水平测斜管I. 2内的一端，固定滑轮I. 5上设有钢绞线I. 6，所述水平测斜管I. 2外环套有环形支架I. 3，水平测斜管I. 2与环形支架I. 3为过盈配合，且两者之间通过铁丝捆绑固定，环形支架I. 3通过其上设有的滚轮I. 4与测斜钢管I. I的内壁接触；所述测力装置2主要由测力钢管2. I和内部设有钢筋计2. 3的钢筋笼2. 2构成，钢筋计2. 3通过连接钢筋垂直焊接在钢筋笼2. 2的内壁上，钢筋笼2. 2通过其下部的推送滑轮2. 4设置在测力钢管2. I内；所述的测斜钢管I. I和测力钢管2. I相邻设置在隧道拱顶。在管棚打设后，把带有滚轮I. 4的环形支架I. 3固定在水平测斜管I. 2上，每隔一段距离设置一个环形支架I. 3，作用是定位并方便推入水平测斜管I. 2，在水平测斜管I. 2最远端(底部)安装一个固定滑轮I. 5，在水平测斜管I. 2内用钢绞线I. 6绕过固定滑轮I. 5，在将水平测斜管I. 2推入测斜钢管I. I的过程中应定位钢绞线I. 6，使其一端在左侧，一端在右侧，目的是避免钢绞线I. 6在管内缠绕在一起，在注浆之前预先用锚固剂锚固水平测斜管I. 2，并在注浆之后用清水清洗水平测斜管I. 2内部，防止水泥浆涌入水平测斜管I. 2造成浆液凝固后填充导槽，无法准确量测读数。预先制作一带有推送滑轮2. 4的钢筋笼2. 2，将钢筋计2. 3与几段钢筋焊接组成纵向连接筋，并焊接在钢筋笼2. 2上，通过推送滑轮2. 4推入测力钢管2. I内，推入的钢筋笼 2.2，每隔一段距离焊接一对钢筋计2. 3，分上部和下部安装，并进行编号1、2、3……，元件的测线从钢管内穿出直至管口，用锚固剂锚固之后并注浆，然后根据隧道施工进度按照一定的频率测量读数，以便分析各部的开挖对隧道围岩的影响，并评价管棚的支护效果。完成上述工作后，利用该装置测试隧道管棚支护变形具体操作如下
步骤一、将测斜装置I和测力装置2相邻布置在所要监测的隧道拱顶，并使测斜装置I水平设置；
步骤二、在测斜装置I内的钢绞线1.6的一端设置水平测斜仪，另一端绕过固定滑轮I. 5并裸露在外，拉动裸露在外的钢绞线I. 6使水平测斜仪沿测斜钢管I. I的内壁向内移动，每隔半米记录一次水平测斜仪的读数，待水平测斜仪移动到测斜钢管1.1底部时，交换水平测斜仪和钢绞线I. 6的进出方向，仍然拉动钢绞线I. 6，并每隔半米记录一次水平测斜仪的读数，直至完成整条测斜钢管I. I长度方向的测量；
步骤三、对测斜钢管I. I内同一位置的测得的两个数据取平均值作为该位置的斜度值，通过换算将整根测斜钢管I. I不同位置的斜度值转化为测斜钢管I. I长度方向上的挠度曲线，并通过该挠度曲线判断隧道管棚支护的变形情况；
步骤四、通过对测力装置2中设置的钢筋计2. 3读数的处理来判断管棚内力随隧道施工的变化情况。
权利要求
1.一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，其特征在于主要由测斜装置(I)和测力装置(2)构成，所述测斜装置(I)主要由测斜钢管(I. I)、水平测斜管(I. 2)和设置在水平测斜管(I. 2)内一端的固定滑轮(I. 5)组成，所述固定滑轮(I. 5)上设有钢绞线(I. 6)，所述水平测斜管(1.2)外环套有环形支架(1.3)，环形支架(1.3)通过其上设有的滚轮(1.4)与测斜钢管(I. O的内壁接触；所述测力装置(2)主要由测力钢管(2. I)和内部设有钢筋计(2. 3)的钢筋笼(2. 2)构成，钢筋笼(2. 2)通过其下部的推送滑轮(2. 4)设置在测力钢管(2. I)内；所述的测斜钢管(I. I)和测力钢管(2. I)相邻设置在隧道拱顶。
2.根据权利要求I所述的一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，其特征在于所述钢筋计(2. 3)通过连接钢筋垂直焊接在钢筋笼(2. 2)的内壁上。
3.根据权利要求I所述的一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，其特征在于所述固定滑轮(1.5)通过铁丝和钢板固定在水平测斜管(I. 2)内的一端。
4.根据权利要求I所述的一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，其特征在于所述水平测斜管(I. 2)与环形支架(I. 3)为过盈配合，且两者之间通过铁丝捆绑固定。
5.利用权利要求I所述的变形测试装置测试隧道管棚支护变形的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、将该装置的测斜装置和测力装置相邻布置在所要监测的隧道拱顶，并使测斜装置水平设置； 步骤二、在测斜装置内的钢绞线的一端设置水平测斜仪，另一端绕过固定滑轮并裸露在外，拉动裸露在外的钢绞线使水平测斜仪沿测斜钢管的内壁向内移动，每隔半米记录一次水平测斜仪的读数，待水平测斜仪移动到测斜钢管底部时，交换水平测斜仪和钢绞线的进出方向，仍然拉动钢绞线，并每隔半米记录一次水平测斜仪的读数； 步骤三、对测斜钢管内同一位置的测得的两个数据取平均值作为该位置的斜度值，通过换算将整根测斜钢管不同位置的斜度值转化为测斜钢管长度方向上的挠度曲线，并通过该挠度曲线判断隧道管棚支护的变形情况； 步骤四、通过对测力装置中设置的钢筋计读数的处理来判断管棚内力随隧道施工的变化情况。
全文摘要
一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法，该装置主要由测斜装置和测力装置构成，测斜装置主要由测斜钢管、水平测斜管和设置在水平测斜管内一端的固定滑轮组成，固定滑轮上设有钢绞线，水平测斜管外环套有环形支架，环形支架通过其上设有的滚轮与测斜钢管的内壁接触；测力装置主要由测力钢管和内部设有钢筋计的钢筋笼构成，钢筋笼通过其下部的推送滑轮设置在测力钢管内。本发明通过布置水平测斜管，使水平测斜仪沿水平测斜管移动来测定其斜度，达到了实时监控隧道拱顶变形的目的；在钢管内安装钢筋计，通过钢筋计对钢管内力的测试，间接反映出管棚内力随隧道施工的变化情况，结构简单实用，便于操作和推广应用。
文档编号G01B21/32GK102889874SQ201210383380
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年10月11日
发明者高富强, 王红升, 郭进军, 张坤, 杨小林, 宁怀明 申请人:洛阳理工学院