用于围沿变形研究的系统的制作方法

本实用新型涉及地下工程施工安防技术领域，特别是涉及用于围沿变形研究的系统。

背景技术：

近年来，随着我国经济的发展，工程建设中涉及到大量的地下工程，在进行地下施工时，需要考虑地层的岩体特性、水文地质特征、地层特性和地质构造等，使用如匹配的围岩形成地下工程软弱地层抗变形、抗塌方支护。在围岩的使用过程中，通过对围岩的变形监测，可从地质角度分析总结其潜在的安全风险源。如：采用有限元分析软件，对隧道采取crd法施工、三台阶七部开挖法施工及采取水平旋喷桩辅助措施进行超前加固进行数值模拟，研究各种方法和措施下地下工程的施工力学行为、地层变形情况与支护结构的安全状态。

现有技术中，针对以上变形监测，出现了如利用液体静压力、传感器系统组成的监测系统或系统。

进一步优化围岩变形监测系统及方法，无疑会进一步强化地下施工的安全性。

技术实现要素：

针对上述提出的进一步优化围岩变形监测系统及方法，无疑会进一步强化地下施工的安全性的技术问题，本实用新型提供了用于围沿变形研究的系统及方法，采用本方案提供的监测系统及方法，可有效提升围岩变形监测的灵敏度和可靠性。

本实用新型提供的用于围沿变形研究的系统及方法通过以下技术要点来解决问题，用于围沿变形研究的系统，包括用于检测围沿与地层相对位置变化的传感器以及实现传感器在围沿上安装的固定座，还包括空心管，所述空心管固定于固定座上，且空心管相对于固定座的伸出长度可调；

所述空心管的一端为监测端，所述传感器安装于所述监测端上且位于空心管的外侧；

还包括固定于空心管上、相对于空心管的外侧外凸、与空心管同轴的第一挡板，所述传感器朝向固定座的投影落在第一挡板上；

所述传感器用于获取其所处环境中的压力值。

本方案在具体运用时，采用如下方式完成围沿变形监测：

s1、在围岩及地层上，设置贯通围岩且延伸至地层中的孔道；

s2、将传感器随空心管的监测端嵌入所述孔道中，且传感器所处的位置位于地层的孔道中，完成空心管在固定座上的固定连接；

s3、由空心管位于围岩外侧的一端向空心管内注入加热后的填料，所述填料为热塑性弹性体，且所述填料由监测端注入位于地层的孔道中，在位于地层的孔道中填料的温度冷却至环境温度后，向孔道的内侧移动空心管，使得位于地层的孔道中的弹性体受压变形，且位于地层的孔道中的弹性体作用在传感器的检测端上；

s4、通过传感器的数值变化，判断是否发生围沿变形。

如上所述，本方案提供的监测系统的工作原理为：本系统在安装时，空心管的监测端为空心管深入孔道的一端，且在完成安装后，通过如挤压系统，由空心管的另一端向处于地层的孔道中注入热塑性弹性体，以上热塑性弹性体在冷却后恢复至可产生弹性变形的弹性体，同时在空心管的作用下，发生弹性变形并挤压传感器，如在围岩发生变形时，由于以上弹性体约束在地层、第一挡板、空心管围成的间隙中，且传感器通过空心管固定于围岩上，故围沿发生变形导致的围沿与地层相对运动可通过传感器的测量值进行反馈。相较于现有技术中采用如液体静压力的围沿变形监测，本方案所得值可更为准确且系统本身便于维护；相较于现有传感器形式的围沿变形监测，在完成热塑性弹性体注入后，热塑性弹性体与地层之间的热传递可使得弹性体快速冷却，针对传感器的状态调节，通过调整空心管，使得弹性体受到一定挤压能够在传感器上反馈出压力值即可，故本方案还具有设置效率高的特点；由于本方案中，冷却后的弹性体可发生进一步压缩和膨胀，而以上压缩和膨胀均会影响传感器的测量值，故区别于现有采用钢丝绳，利用位移测量完成的变形监测，由于不存在钢丝绳仅能够受拉而不能受压的问题，故采用本方案，还具有测量值准确、灵敏的特点。

在具体运用时，所述第一挡板的尺寸与孔道的尺寸匹配，以使得第一挡板不仅能够作为容纳受压弹性体空间的边界，同时可避免在注入加热后的热塑性弹性体时，因为热塑性弹性过多外溢而浪费。

更进一步的技术方案为：

作为一种结构简单、连接可靠、操作方便、便于调节监测端嵌入深度的技术方案，设置为：所述固定座上设置有内螺纹孔，所述空心管上设置有与所述内螺纹孔匹配的外螺纹段，所述外螺纹段与所述内螺纹孔螺纹连接，还包括螺纹连接于所述外螺纹段上的锁紧螺母。

作为一种便于向孔道内嵌入空心管，同时可避免以上所述的浪费问题的技术方案，同时所述第一挡板的侧面还设置有沿着第一挡板周向方向延伸的环槽，还包括安装于所述环槽内的o型圈，所述o型圈的外侧位于第一挡板的外侧。

为避免如为压电传感器的传感器测量端因为沾染泥污影响其灵敏度，同时获得更为可靠空间大小的受压弹性体空间，设置为：还包括安装在监测端端部的第二挡板，所述空心管的监测端为盲端，所述空心管上设置有位于第一挡板与第二挡板之间、位于空心管侧壁上的灌注孔，所述灌注孔作为空心管内、外侧的连通孔，所述传感器位于第一挡板与第二挡板之间。

为提升传感器的灵敏度，设置为：所述第二挡板为柔性挡板。本方案中，利用第二挡板为柔性挡板，可使得以上受压弹性体空间与围岩变形具有更高的关联度。

为使得由灌注孔流出的热塑性弹性体能够直接与传感器接触，以在热塑性弹性体冷却后，获得热塑性弹性体与传感器更好的额匹配关系，同时利用所述热塑性弹性体作为传感器的封装材料，以使得传感器能够在湿润环境下长期可靠工作，设置为：所述传感器的检测端与第二挡板相接触，所述检测端正对灌注孔的出口。

为便于完成空心管与热塑性弹性体注入系统的连接以及实现连接点的密封，设置为：所述空心管的另一端为连接端，所述连接端上设置有为管螺纹段的外螺纹段。

为避免因为单个传感器与热塑性弹性体接触不良、单个传感器故障导致测点或监测点不可用，减小系统整体故障率，设置为：所述传感器的数量为多个，且传感器在空心管的周向方向上环形间隔排布。

本方案还公开了一种围沿变形监测方法，该方法采用如上任意一项所述的监测系统，实现围岩变形监测，该方法包括顺序进行的以下步骤：

s1、在围岩及地层上，设置贯通围岩且延伸至地层中的孔道；

s2、将传感器随空心管的监测端嵌入所述孔道中，且传感器所处的位置位于地层的孔道中，完成空心管在固定座上的固定连接；

s3、由空心管位于围岩外侧的一端向空心管内注入加热后的填料，所述填料为热塑性弹性体，且所述填料由监测端注入位于地层的孔道中，在位于地层的孔道中填料的温度冷却至环境温度后，向孔道的内侧移动空心管，使得位于地层的孔道中的弹性体受压变形，且位于地层的孔道中的弹性体作用在传感器的检测端上；

s4、通过传感器的数值变化，判断是否发生围沿变形。

作为所述的一种围沿变形监测方法进一步的技术方案，所述步骤s4中，将传感器的输出端连接在处理器上，并为所述处理器上设定围沿变形判断阈值，当所述数值在设定时间内变化量大于或等于所述阈值时，判定为围沿变形。采用本方案，作为本领域技术人员，不仅便于实现系统自动运行，同时所述阈值即为用于变化量变化幅度判断的参考值，采用变化量作为对比参数，旨在利用动态响应的方式，避免地层本身的如地下水位变化导致的微小变化影响监测，达到尽可能避免出现误判断情况的目的。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案提供的监测系统的工作原理为：本系统在安装时，空心管的监测端为空心管深入孔道的一端，且在完成安装后，通过如挤压系统，由空心管的另一端向处于地层的孔道中注入热塑性弹性体，以上热塑性弹性体在冷却后恢复至可产生弹性变形的弹性体，同时在空心管的作用下，发生弹性变形并挤压传感器，如在围岩发生变形时，由于以上弹性体约束在地层、第一挡板、空心管围成的间隙中，且传感器通过空心管固定于围岩上，故围沿发生变形导致的围沿与地层相对运动可通过传感器的测量值进行反馈。相较于现有技术中采用如液体静压力的围沿变形监测，本方案所得值可更为准确且系统本身便于维护；相较于现有传感器形式的围沿变形监测，在完成热塑性弹性体注入后，热塑性弹性体与地层之间的热传递可使得弹性体快速冷却，针对传感器的状态调节，通过调整空心管，使得弹性体受到一定挤压能够在传感器上反馈出压力值即可，故本方案还具有设置效率高的特点；由于本方案中，冷却后的弹性体可发生进一步压缩和膨胀，而以上压缩和膨胀均会影响传感器的测量值，故区别于现有采用钢丝绳，利用位移测量完成的变形监测，由于不存在钢丝绳仅能够受拉而不能受压的问题，故采用本方案，还具有测量值准确、灵敏的特点。

附图说明

图1是本实用新型所述的用于围沿变形研究的系统一个具体运用实施例中，监测系统与地层、围沿配合形成的配合示意图；

图2是图1所示a部的局部放大图。

图中的附图标记依次为：1、地层，2、围沿，3、固定座，4、孔道，5、空心管，6、第一挡板，7、传感器，8、第二挡板，9、o型圈，10、灌注孔，11、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1所示，用于围沿变形研究的系统，包括用于检测围沿2与地层1相对位置变化的传感器7以及实现传感器7在围沿2上安装的固定座3，还包括空心管5，所述空心管5固定于固定座3上，且空心管5相对于固定座3的伸出长度可调；

所述空心管5的一端为监测端，所述传感器7安装于所述监测端上且位于空心管5的外侧；

还包括固定于空心管5上、相对于空心管5的外侧外凸、与空心管5同轴的第一挡板6，所述传感器7朝向固定座3的投影落在第一挡板6上；

所述传感器7用于获取其所处环境中的压力值。

本方案在具体运用时，采用如下方式完成围沿2变形监测：

s1、在围岩及地层1上，设置贯通围岩且延伸至地层1中的孔道4；

s2、将传感器7随空心管5的监测端嵌入所述孔道4中，且传感器7所处的位置位于地层1的孔道4中，完成空心管5在固定座3上的固定连接；

s3、由空心管5位于围岩外侧的一端向空心管5内注入加热后的填料，所述填料为热塑性弹性体，且所述填料由监测端注入位于地层1的孔道4中，在位于地层1的孔道4中填料的温度冷却至环境温度后，向孔道4的内侧移动空心管5，使得位于地层1的孔道4中的弹性体受压变形，且位于地层1的孔道4中的弹性体作用在传感器7的检测端上；

s4、通过传感器7的数值变化，判断是否发生围沿2变形。

如上所述，本方案提供的监测系统的工作原理为：本系统在安装时，空心管5的监测端为空心管5深入孔道4的一端，且在完成安装后，通过如挤压系统，由空心管5的另一端向处于地层1的孔道4中注入热塑性弹性体，以上热塑性弹性体在冷却后恢复至可产生弹性变形的弹性体，同时在空心管5的作用下，发生弹性变形并挤压传感器7，如在围岩发生变形时，由于以上弹性体约束在地层1、第一挡板6、空心管5围成的间隙中，且传感器7通过空心管5固定于围岩上，故围沿2发生变形导致的围沿2与地层1相对运动可通过传感器7的测量值进行反馈。相较于现有技术中采用如液体静压力的围沿2变形监测，本方案所得值可更为准确且系统本身便于维护；相较于现有传感器形式的围沿2变形监测，在完成热塑性弹性体注入后，热塑性弹性体与地层1之间的热传递可使得弹性体快速冷却，针对传感器7的状态调节，通过调整空心管5，使得弹性体受到一定挤压能够在传感器7上反馈出压力值即可，故本方案还具有设置效率高的特点；由于本方案中，冷却后的弹性体可发生进一步压缩和膨胀，而以上压缩和膨胀均会影响传感器7的测量值，故区别于现有采用钢丝绳，利用位移测量完成的变形监测，由于不存在钢丝绳仅能够受拉而不能受压的问题，故采用本方案，还具有测量值准确、灵敏的特点。

在具体运用时，所述第一挡板6的尺寸与孔道4的尺寸匹配，以使得第一挡板6不仅能够作为容纳受压弹性体空间的边界，同时可避免在注入加热后的热塑性弹性体时，因为热塑性弹性过多外溢而浪费。

作为所述的一种围沿2变形监测方法进一步的技术方案，所述步骤s4中，将传感器7的输出端连接在处理器上，并为所述处理器上设定围沿2变形判断阈值，当所述数值在设定时间内变化量大于或等于所述阈值时，判定为围沿2变形。采用本方案，作为本领域技术人员，不仅便于实现系统自动运行，同时所述阈值即为用于变化量变化幅度判断的参考值，采用变化量作为对比参数，旨在利用动态响应的方式，避免地层1本身的如地下水位变化导致的微小变化影响监测，达到尽可能避免出现误判断情况的目的。

实施例2：

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为一种结构简单、连接可靠、操作方便、便于调节监测端嵌入深度的技术方案，设置为：所述固定座3上设置有内螺纹孔，所述空心管5上设置有与所述内螺纹孔匹配的外螺纹段，所述外螺纹段与所述内螺纹孔螺纹连接，还包括螺纹连接于所述外螺纹段上的锁紧螺母11。

作为一种便于向孔道4内嵌入空心管5，同时可避免以上所述的浪费问题的技术方案，同时所述第一挡板6的侧面还设置有沿着第一挡板6周向方向延伸的环槽，还包括安装于所述环槽内的o型圈9，所述o型圈9的外侧位于第一挡板6的外侧。

为避免如为压电传感器的传感器7测量端因为沾染泥污影响其灵敏度，同时获得更为可靠空间大小的受压弹性体空间，设置为：还包括安装在监测端端部的第二挡板8，所述空心管5的监测端为盲端，所述空心管5上设置有位于第一挡板6与第二挡板8之间、位于空心管5侧壁上的灌注孔10，所述灌注孔10作为空心管5内、外侧的连通孔，所述传感器7位于第一挡板6与第二挡板8之间。

为提升传感器7的灵敏度，设置为：所述第二挡板8为柔性挡板。本方案中，利用第二挡板8为柔性挡板，可使得以上受压弹性体空间与围岩变形具有更高的关联度。

为使得由灌注孔10流出的热塑性弹性体能够直接与传感器7接触，以在热塑性弹性体冷却后，获得热塑性弹性体与传感器7更好的额匹配关系，同时利用所述热塑性弹性体作为传感器7的封装材料，以使得传感器7能够在湿润环境下长期可靠工作，设置为：所述传感器7的检测端与第二挡板8相接触，所述检测端正对灌注孔10的出口。

为便于完成空心管5与热塑性弹性体注入系统的连接以及实现连接点的密封，设置为：所述空心管5的另一端为连接端，所述连接端上设置有为管螺纹段的外螺纹段。

为避免因为单个传感器7与热塑性弹性体接触不良、单个传感器7故障导致测点或监测点不可用，减小系统整体故障率，设置为：所述传感器7的数量为多个，且传感器7在空心管5的周向方向上环形间隔排布。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。