一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法与流程

本发明涉及隧道施工支护，尤其涉及一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法。

背景技术：

1、在隧道施工过程中，由于软弱破碎岩体的存在导致围岩坍塌失稳的事故屡见不鲜，软弱破碎岩体强度较低，抗干扰能力较差，在施工时极易受到扰动发生围岩失稳。为防止软弱围岩的坍塌，在掌子面开挖之前往往需要先对其上方岩层采用超前支护技术进行预处理。其中超前小导管是隧道等地下空间工程掘进施工过程中的一种工艺方法，主要用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护，是稳定开挖工作面的一种非常有效的辅助施工措施。

2、工程实例已验证了采用超前支护导管注浆支护能够有效的提高掌子面周围围岩的属性。现有针对超前支护力学特性的研究多采用数值模拟、模型试验等方法，现有研究手段单一并且无法与现场受力情况进行验证，不能确保其准确性。因此进行针对超前小导管的力学特性监测具有重要意义。现有支护监测仪器鲜有针对超前支护的力学特性监测，传统的超前小导管无法测得其受力情况，不能对小导管受力情况进行监测。传统轴力计不便于安装在超前小导管内部进行受力监测，不能得到长期监测数据，有必要提出一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法，包括导管头和导管主体，导管头与导管主体固定连接，导管主体的另一端设置有止浆阀，导管头和导管主体上均设置有若干溢浆孔；导管主体内固定有若干振弦式轴力计，振弦式轴力计呈半圆柱体状，振弦式轴力计的弧形侧与导管主体的内壁贴合安装；振弦式轴力计外部设置有若干滑动凸条，滑动凸条与导管主体的轴线平行，导管主体上设置有与滑动凸条配合的调节滑槽；安装滑槽的外部还设置有限位安装条，导管主体上设置有与限位安装条配合的安装滑槽。

4、进一步地，导管头包括有圆锥部、圆筒部和圆台部，圆锥部、圆筒部和圆台部依次固定连接，圆锥部为实心结构，圆筒部和圆台部为中空结构，圆筒部和圆台部上设置有若干溢浆孔。

5、进一步地，止浆阀包括有与导管主体内壁配合的卡接圆筒部、止浆圆台面和注浆圆筒，卡接圆筒部、止浆圆台面和注浆圆筒依次连接通过连通的止浆孔，止浆阀为一体设计。

6、进一步地，调节滑槽上设置有若干螺纹孔，螺纹孔内设置有调节紧固螺栓，滑动凸条上设置有与调节紧固螺栓配合的螺纹孔，滑动凸条与调节紧固螺栓螺纹连接，螺纹孔的直径大于调节滑槽的宽度。

7、进一步地，振弦式轴力计包括有钢体、引出线、钢弦、铁芯、线圈和两处夹弦器，钢体呈半圆柱状，钢弦通过两处夹弦器固定在钢体内部，铁芯、线圈设置在钢弦的中部，线圈连接有引出线，引出线的另一端位于钢体外部；钢体的两端均设置有紧固安装孔。

8、采用权利要求1-5任一的隧道施工的超前支护小导管实验装置的支护方法，其特征在于，包括有如下步骤；

9、s1：支护打孔：在隧道围岩相应位置确定小导管施工孔位，在各个小导管施工孔位钻孔，钻孔方向与隧道方向呈锐角，并确定若干小导管的检测位置；

10、s2：支护安装：将小导管安装在小导管施工孔位内，并将小导管固定在支撑架上，支撑架上设置固定小导管的通孔，并在剩余的其他小导管施工孔位处安装普通小导管；

11、s3：支护注浆：将止浆阀安装在导管主体的注浆端，并通过止浆阀的注浆口进行注浆，待小导管施工孔位和小导管内注满后，将注浆口及止浆孔分别用橡胶塞封堵；

12、s4：数据采集：将振弦式轴力计的数据采集线与自动数据采集箱连接，按照设定频率采集监测数据。

13、进一步地，支撑架为打孔钢拱架，小导管施工孔位的孔径大于小导管的外径，小导管的外露端与支撑架之间焊接连接，小导管与隧道的夹角为10°～15°。

14、进一步地，振弦式轴力计的两处接线端，两处接线端分别从头部注浆口和尾部止浆孔引出。

15、进一步地，振弦式轴力计的尾部接线端设置有橡胶塞。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明的小导管内设置有振弦式轴力计，可用于测量超前小导管力学特性；用于隧道工程超前小导管科学研究领域。

18、本发明的导管主体管壁内侧带有安装滑槽，振弦式轴力计可在内部滑动至相应位置处后由安装滑槽处的溢浆孔由调节紧固螺栓与导管主体管壁固定，可实现超前小导管不同位置处按需力学特性的测量。

19、本发明的导管主体内可以通过滑动凸条与调节滑槽、限位安装条与安装滑槽配合，实现若干振弦式轴力计的串联安装，从而更好的监测导管主体管壁的变形状况。

技术特征：

1.一种可用于超前支护力学监测的超前小导管，其特征在于，包括导管头(1)和导管主体(2)，所述导管头(1)与所述导管主体(2)固定连接，所述导管主体(2)的另一端设置有止浆阀(3)，所述导管头(1)和导管主体(2)上均设置有若干溢浆孔(6)；

2.根据权利要求1所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管，其特征在于，所述导管头(1)包括有圆锥部(11)、圆筒部(12)和圆台部(13)，所述圆锥部(11)、圆筒部(12)和圆台部(13)依次固定连接，所述圆锥部(11)为实心结构，所述圆筒部(12)和圆台部(13)为中空结构，所述圆筒部(12)和圆台部(13)上设置有若干溢浆孔(6)。

3.根据权利要求1所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管，其特征在于，所述止浆阀(3)包括有与导管主体(2)内壁配合的卡接圆筒部(31)、止浆圆台面(32)和注浆圆筒(33)，所述卡接圆筒部(31)、止浆圆台面(32)和注浆圆筒(33)依次连接通过连通的止浆孔，所述止浆阀(3)为一体设计。

4.根据权利要求1所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管，其特征在于，所述调节滑槽(5)上设置有若干螺纹孔，所述螺纹孔内设置有调节紧固螺栓(7)，所述滑动凸条(48)上设置有与所述调节紧固螺栓(7)配合的螺纹孔，所述滑动凸条(48)与调节紧固螺栓(7)螺纹连接，所述螺纹孔的直径大于所述调节滑槽(5)的宽度。

5.根据权利要求1所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管，其特征在于，所述振弦式轴力计(4)包括有钢体(45)、引出线(41)、钢弦(42)、铁芯(43)、线圈(44)和两处夹弦器(46)，所述钢体(45)呈半圆柱状，所述钢弦(42)通过两处夹弦器(46)固定在钢体(45)内部，所述铁芯(43)、线圈(44)设置在所述钢弦(42)的中部，所述线圈(44)连接有引出线(41)，所述引出线(41)的另一端位于钢体(45)外部；所述钢体(45)的两端均设置有紧固安装孔(47)。

6.一种采用权利要求1-5任一所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管的支护方法，其特征在于，包括有如下步骤；

7.根据权利要求6所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管的支护方法，其特征在于，所述支撑架(8)为打孔钢拱架，所述小导管施工孔位的孔径大于小导管的外径，所述小导管的外露端与支撑架(8)之间焊接连接，所述小导管与隧道的夹角为10°～15°。

8.根据权利要求6所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管的支护方法其特征在于，所述振弦式轴力计(4)的两处接线端，两处所述接线端分别从头部注浆口和尾部止浆孔引出。

9.根据权利要求6所述的可用于超前支护力学监测的超前小导管的支护方法，其特征在于，所述振弦式轴力计(4)的尾部接线端设置有橡胶塞。

技术总结
本发明公开了一种可用于超前支护力学监测的超前小导管及其支护方法，包括导管头和导管主体，导管主体的另一端设置有止浆阀，导管头和导管主体上均设置有若干溢浆孔；导管主体内固定有若干振弦式轴力计；振弦式轴力计外部设置有若干滑动凸条，导管主体上设置有与滑动凸条配合的调节滑槽；安装滑槽的外部还设置有限位安装条，导管主体上设置有与限位安装条配合的安装滑槽。实验方法包括有S1‑S4步骤。本发明主体带有振弦式轴力计，可用于测量超前小导管力学特性；本发明可实现超前小导管不同位置处按需力学特性的测量；本发明适用于隧道工程超前小导管科学研究领域。

技术研发人员：李铮,杨文波,刘富华,吴岱峰,杨林霖,郑科,刘冒佚,储亮
受保护的技术使用者：重庆城投基础设施建设有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15