CN111721457A - 深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，该方法包括以下步骤：S1，在已建成的隧道内钻孔，S2，将监测单元的一端放置钻孔底部，另一端与采集单元连接，S3，在钻孔口制作锚墩并安装采集单元，S4，对监测单元施加预应力，进行张拉试验，本发明解决了以往锚索只能测得剪切力大小而无法测得滑动面埋深的问题，充分利用深埋隧道的优越埋深条件，大大缩短了直接从地表向深埋潜在滑动面钻孔测量剪切力大小和埋深的钻孔进尺，并且利用锚索对滑动面上的剪切力进行实时监测，以达到提前预警的目的，利用“一孔多用、同孔敷设”技术，用光纤测量剪切面埋深，锚索测量剪切力大小，具有简洁，实用，新颖的特点。

Description

深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法

技术领域

本发明属于滑坡预警监测技术领域，具体涉及一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法。

背景技术

滑坡灾害一直以来威胁着人类生命财产安全，近几十年，经过国内外大量学者的共同研究，提出了一系列的边坡预警方法。其中利用NPR锚索具有吸收能量的特性来进行边坡预警已在多个领域成功应用，以往利用NPR锚索进行监测的不足在于无法得知滑动面的埋深，只能测得剪切力，所以，亟需完善预警***对滑动面进行有效的监测。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，解决了利用NPR锚索在监测过程中只能测得剪切力而无法测得潜在滑动面埋深的问题，本发明将光纤和NPR锚索同时穿过滑动面并锚固在相对稳定的滑床上，是一种简洁，实用，新颖的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，在已建成的隧道内施工，得到钻孔；

步骤S2，将监测单元的一端放置所述钻孔的底部并进行锚固，另一端伸出钻孔并与采集单元连接；

步骤S3，在钻孔口制作锚墩并安装所述采集单元；

步骤S4，对所述监测单元施加预应力，进行张拉试验。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述步骤S1具体为：所述钻孔的角度与所述隧道的二衬结构角度垂直，所述钻孔的末端穿过潜在滑动面并延伸至稳定的固定岩体。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述监测单元包括锚索和光纤；

对所述锚索和所述光纤进行绑扎，使其固定连接，所述锚索的一端伸入到所述钻孔内，另一端连接力学传感器，所述力学传感器用于监测所述锚索的轴向力；

优选地，所述锚索为NPR锚索；

再优选地，所述力学传感器为高精度压力传感器。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述采集单元设置在所述锚墩外部，所述采集单元包括数据采集模块、数据存储模块和数据发射模块；

所述数据采集模块、所述数据存储模块和所述数据发射模块之间电连接，所述数据采集模块与所述力学传感器电连接，用于采集所述力学传感器所监测到的轴向力；

所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块所采集到的数据信息；

所述数据发送模块用于将所述数据存储模块所存储的数据信息发送至数据终端。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述采集单元还包括光纤调解仪和发射器；

所述光纤的一端与NPR锚索的一端共同伸入到所述钻孔内，另一端与所述光纤调解仪连接，所述光纤调解仪与所述发射器之间电连接；

所述光纤调解仪用于将光信号装换成电信号，所述发射器用于将所述电信号发送至所述数据终端。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述钻孔的末端延伸至稳定的固定岩体具体为：

所述钻孔的末端穿过滑动面后继续钻进10-15m。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述锚索伸出钻孔孔口的长度大于等于2m。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，对所述锚索施加预应力，张拉预应力大于等于0.4Mpa。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，相邻两个所述钻孔之间的距离为30m-50m。

依据上述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，作为优选方案，所述锚墩的尺寸大于等于0.8×0.8m。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，解决利用NPR锚索在监测过程中只能测得剪切力而无法测得滑动面埋深的问题，本方法充分利用深埋隧道的优越埋深条件，大大缩短了直接从地表向深埋潜在滑动面钻孔测量剪切力大小和埋深的钻孔进尺，并且利用NPR锚索对深部滑动面上的剪切力变形进行实时监测，以达到提前预警的目的，本发明在NPR锚索的基础之上，利用“一孔多用、同孔敷设”技术，将光纤和NPR锚索同时穿过滑动面锚固在相对稳定的滑床上，利用光纤测量剪切面的埋深，NPR锚索测量剪切力大小，是一种简洁，实用，新颖的方法。

附图说明

构成本申请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。其中：

图1为本发明实施例中的孔洞位置示意图；

图2为本发明实施例中的图1中A处结构示意图；

图3为本发明实施例中的图2中A1处结构示意图；

图4为本发明实施例中的图2中A2处结构示意图；

图5为本发明实施例中的监测单元结构示意图；

图6为本发明实施例中的采集单元结构示意图。

图中：1、锚索；2、光纤；3、力学传感器；4、恒阻器；5、锚墩；6、采集单元；7、锚固段；8、钢门；9、混凝土衬套；10、原衬砌；11、初期支护；12、钢筋网；13、模板；14、监测单元；15、工作面。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

潜在滑动带或潜在滑动面一直对隧道产生很大的安全隐患，潜在滑动面有很多可能，比如地层的分界线、不同岩层的分界线、相同岩层中的软弱夹层等等，这些滑动面都是通过初始的深部工程地质钻探确定出来的，具有参考价值，但是不一定准确，毕竟没有发生剪切破坏前还是一个完整的岩体或者土体，只是因为这个地方是两个不同地质体的缝合层，所以最具有破坏的可能，因此，需要对潜在滑动面进行有效监测，以完善预警***。

本发明提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，在已建成的隧道内施工，得到钻孔，钻孔的角度与已建成隧道的二衬结构的角度垂直，钻孔的末端延伸至相对稳定的固定岩体，为保证监测单元的末端能附着在稳定的岩体上，本发明实施例中的钻孔末端穿过潜在滑动面后继续钻进10-15m，以保证监测单元14末端的锚固力大于拉力。

首先在已建好的隧道区域的深部工程地质条件进行调查，确定监测单元14所用的钻孔的孔位，当钻孔角度与二衬角度越接近90°，则监测单元的灵敏度越高，一般情况下，相邻两个钻孔之间的距离为30m-50m(比如：32m，34m，36m，38m，40m，42m，44m，46m，48m)，潜在滑动面较长，若按照岩石边坡设置钻孔的位置为50m一处，若按照土质边坡设置钻孔的位置为30m一处，如果相邻两个钻孔之间的间距超过30m-50m，则监测单元14的敏感度下降，会出现两处钻孔因距离太远而存在监测盲区。

步骤S2，将监测单元的一端放置钻孔的底部并进行锚固，另一端伸出钻孔并与采集单元连接。

本发明实施例中的监测单元14包括锚索1和光纤2，锚索1优选为NPR锚索，对锚索1和光纤2进行绑扎，使其固定连接，一同***孔内，同孔布设，锚索1的一端伸入到钻孔内，并进行锚固，锚固段7的长度不小于锚索1总长度的1/3，比如，当锚索总长为40m时，锚固段7的长度至少为12m，可采用树脂锚固剂或其他锚固剂进行锚固，锚索1的另一端伸出孔口，伸出孔口的锚索1长度不小于2m，便于对锚索1进行张拉试验，锚索1上安装恒阻器4和力学传感器3，确保力学传感器3牢牢固定在锚墩5外表面，恒阻器4和力学传感器3同轴设置，并且恒阻器4压在力学传感器3的应变环上，力学传感器3优选为高精度压力传感器，比如：LC618型传感器，NPR锚索1为传力装置，当因内外地质应力作用造成的剪切力施加到NPR锚索1上时，NPR锚索1受力变形，在NPR锚索1轴向上产生一个力的分量，这个分量就是轴向力，轴向力通过安装在NPR锚索1外端头的高精度压力传感器，可以直接测量出来，然后通过数据终端进行反算，就可以得到潜在滑动面上剪切力的大小。

步骤S3，在孔口制作锚墩并安装采集单元6，采集单元6封装在保护盒中并置于锚墩5一侧，保护盒可以是金属保护盒也可以是木质保护盒等，保护盒牢牢固定在锚墩5的一侧，用于保护里面的采集单元6，采集单元6和监测单元14之间通过数据线电连接，力学传感器3安装在恒阻器4的内侧并与采集单元6之间电连接。

在孔口制作锚墩5，锚墩5的制作可以使用水泥砂浆进行浇筑或者钢结构锚固端等其他方式，不同的岩体制作不同的锚墩，对于土质岩体表面，为减小锚索1对岩体的压强，锚墩5表面需要做的大一些，比如1.2m×1.2m接触面积的锚墩，对于石质岩体表面，锚墩5表面需要做的比土质岩体表面小一些，比如0.8m×0.8m，如果做的太小，在大拉力的作用下，锚墩5很有可能被拉入陷入岩体里，如果做的太大，则增加施工成本，同时造成资源浪费，锚墩5外表面与钻孔的轴线垂直，能够保证锚索1传导的剪切力最敏感、最灵敏，潜在滑动面稍微有点扰动，力学传感器3就可以监测得到并能够精准的测量出来。

本发明实施例中的采集单元6包括数据采集模块、数据存储模块和数据发射模块，数据采集模块、数据存储模块和数据发射模块之间电连接，数据采集模块与力学传感器3电连接，用于采集力学传感器3上的轴向力信号，数据存储模块用于存储数据采集模块所采集到的轴向力信号，数据发送模块用于将数据存储模块所存储的数据信息发送至数据终端，数据发送模块可将数据通过GPRS 2.4GHz的天线传输到附近基站或者通过北斗卫星发送天线传输到北斗卫星上，通过北斗卫星与数据终端之间通讯连接。

采集单元6还包括光纤调解仪和发射器，光纤2的一端与锚索1一同伸入到钻孔，另一端与光纤调解仪连接，光纤调解仪用于将光信号装换成电信号，光纤调解仪与发射器之间电连接，发射器用于将电信号发送至数据终端，滑动面的埋深则是通过光纤2或者光栅进行监测，本发明实施例中优选使用光纤，当剪切力施加到光纤2上时，光纤2光路在剪切力作用处发生光路改变，通过光路改变的位置，就可以准确定位到剪切力的作用位置，根据光纤总长和光路异常处的计算，就可以确定剪切面的埋深。

步骤S4，对监测单元14施加预应力，即对锚索1的末端进行张拉试验，以保证锚索1处于紧绷状态，能够灵敏监测到潜在滑动面的扰动。

在恒阻器4外端利用张拉机对锚索1端施加预应力，进行张拉试验，张拉预张拉预应力大于等于0.4Mpa，确保一次张拉到位，若达不到张拉要求时，进行二次补充张拉即可。

需要强调的是，由于本发明是在已建隧道的二衬结构体上开孔，因此开孔后需要对二衬结构体进行有效支护，防止破除二衬结构体时引起应力集中而发生二衬的整体坍塌。

在已建成的隧道壁上开挖1000×1000mm的工作面15为例，建成的隧道壁包括初期支护11、原衬砌10和混凝土衬套9，开挖完成后对二衬结构(即原衬砌10和混凝土衬套9)进行支护，钻孔开设于工作面中间，在钻孔内安装锚索1和光纤2，钻孔的周围使用钢筋段进行加固，钢筋段的两端分别与隧道壁原衬砌的钢筋进行连接，钢筋段的每端与原钢筋进行搭接，搭接处的长度不小于220mm，使用钢筋段将原钢筋断开处均进行搭接，形成钢筋网12，以加固二衬结构，为方便施工，搭接处进行单面焊接，混凝土衬套9处安装钢门8进行连接，钢门8的一端抵顶在混凝土衬套9上，另一端抵顶在模板13上，模板13放置在工作面15的下方，一端伸入工作面15内部与初期支护11接触，另一端伸出工作面15与钢门8的下端连接，钢门8的厚度不小于10mm，以承载应力的发生。

综上所述，本发明提供一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，解决利用NPR锚索1在监测过程中只能测得剪切力而无法测得潜在滑动面埋深的问题，本方法充分利用深埋隧道的优越埋深条件，大大缩短了直接从地表向深埋潜在滑动面钻孔测量剪切力大小和埋深的钻孔进尺，并且利用NPR锚索1对深部滑动面上的剪切力变形进行实时监测，以达到提前预警的目的，本发明在NPR锚索的基础之上，利用“一孔多用、同孔敷设”技术，将光纤2和NPR锚索1同时穿过滑动面锚固在相对稳定的滑床上，利用光纤测量剪切面的埋深，NPR锚索测量剪切力大小，是一种简洁，实用，新颖的方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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。

Claims (10)

1.一种深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，在已建成的隧道内施工，得到钻孔；

步骤S2，将监测单元的一端放置所述钻孔的底部并进行锚固，另一端伸出钻孔并与采集单元连接；

步骤S3，在钻孔口制作锚墩并安装所述采集单元；

步骤S4，对所述监测单元施加预应力，进行张拉试验。

2.根据权利要求1所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

所述钻孔的角度与所述隧道的二衬结构角度垂直，所述钻孔的末端穿过潜在滑动面并延伸至稳定的固定岩体。

3.根据权利要求1所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述监测单元包括锚索和光纤；

对所述锚索和所述光纤进行绑扎，使其固定连接，所述锚索的一端伸入到所述钻孔内，另一端连接力学传感器，所述力学传感器用于监测所述锚索的轴向力；

优选地，所述锚索为NPR锚索；

再优选地，所述力学传感器为高精度压力传感器。

4.根据权利要求3所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述采集单元设置在所述锚墩外部，所述采集单元包括数据采集模块、数据存储模块和数据发射模块；

所述数据采集模块、所述数据存储模块和所述数据发射模块之间电连接，所述数据采集模块与所述力学传感器电连接，用于采集所述力学传感器所监测到的轴向力；

所述数据存储模块用于存储所述数据采集模块所采集到的数据信息；

所述数据发送模块用于将所述数据存储模块所存储的数据信息发送至数据终端。

5.根据权利要求4所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述采集单元还包括光纤调解仪和发射器；

所述光纤的一端与NPR锚索的一端共同伸入到所述钻孔内，另一端与所述光纤调解仪连接，所述光纤调解仪与所述发射器之间电连接；

所述光纤调解仪用于将光信号装换成电信号，所述发射器用于将所述电信号发送至所述数据终端。

6.根据权利要求2所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述钻孔的末端延伸至稳定的固定岩体具体为：

所述钻孔的末端穿过滑动面后继续钻进10-15m。

7.根据权利要求3所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述锚索伸出钻孔孔口的长度大于等于2m。

8.根据权利要求3所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，对所述锚索施加预应力，张拉预应力大于等于0.4Mpa。

9.根据权利要求1所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，相邻两个所述钻孔之间的距离为30m-50m。

10.根据权利要求1所述的深埋横贯滑坡体的隧道内监测滑动面剪切力和埋深的方法，其特征在于，所述锚墩的尺寸大于等于0.8×0.8m。

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