CN213422305U - 一种非连通性溶洞的体积测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非连通性溶洞的体积测量***，包括：导气管路，加气装置，储气容器，第一压力温度检测模块，以及第二压力温度检测模块；导气管路穿设在钻孔中，且导气管路的一端伸入溶洞，另一端伸出地面；加气装置的出气端以及储气容器的出气端都与导气管路的另一端连通，第一压力温度检测模块设置在溶洞中，用于检测溶洞中气体的压力和温度，第二压力温度检测模块设置在储气容器中，用于检测储气容器中气体的压力和温度。通过加气装置向溶洞中注入的气体是空气，储气容器中同样储存的是空气，相较于以往向溶洞中注入挥发性物质、并通过溶洞中空气密度的变化对溶洞体积测量的方式，不仅简化测量步骤，测量结果准确，还可节省测量成本。

Description

一种非连通性溶洞的体积测量***

技术领域

本申请涉及溶洞的体积测量技术领域，具体涉及一种非连通性溶洞的体积测量***。

背景技术

近年来，隧道工程及地铁建设在如火如荼的进行，一些工程上的难题也相继出现，例如隧道开挖前方经过岩溶发育区、地铁下方穿过岩溶发育区等。现阶段，我们通过地球物理方法来探测溶洞的位置已不再困难，也取得了***的成果。但是，仅知道溶洞在什么位置是远不够的，获得溶洞的体积才是关键。因为针对这种地质情况，工程上一般都是用充填材料(如混凝土)来充填处理，只有准确知道溶洞体积，才能制定相应的工程处理措施，更顺利通过岩溶发育区，为工程建设保驾护航。在实际施工过程中，施工单位并不知道确切的溶洞体积，并不能明确制定相应的实施方案，这种未知性，造成了人力物力的消耗、增加了成本，甚至造成工序的错乱以及工期的延误。这更说明，与溶洞体积相关的数据对工程施工异常关键，为工程提供重要的参考。当然，测量体积的方法有很多种，如借助三维激光扫描获取溶洞内部点云信息来建立溶洞立体模型，通过计算模型的体积来获取溶洞体积大小的方法，在国内此方法所需仪器数量较少、但价格高昂，尤其是在岩溶发育区，单是探测的费用就给工程单位带来了很大的经济压力。

以往的溶洞测量方法中，通过向溶洞中注入挥发性物质，并通过溶洞中空气密度的变化对溶洞的体积进行测量的方式，但该方法无法判断溶洞是否为非连通性溶洞，倘若溶洞是连通性的溶洞，则会导致挥发后的气体溢出，导致溶洞内气体浓度降低，因此，难以准确得出溶洞的体积。

实用新型内容

本申请旨在提供一种非连通性溶洞的体积测量***，不仅可以判断溶洞是否为非连通性溶洞，而且还可准确测出该非连通性溶洞的体积。

本申请提供了一种非连通性溶洞的体积测量***，包括：导气管路，加气装置，储气容器，第一压力温度检测模块，以及第二压力温度检测模块；所述导气管路穿设在钻孔中，且所述导气管路的一端伸入溶洞，另一端伸出地面；所述加气装置的出气端以及所述储气容器的出气端都与所述导气管路的另一端连通，所述第一压力温度检测模块设置在溶洞中，用于检测溶洞中气体的压力和温度，所述第二压力温度检测模块设置在所述储气容器中，用于检测储气容器中气体的压力和温度。

进一步地，还包括：套管，以及密封机构；所述套管穿设在钻孔中，所述套管的一端位于钻孔位于溶洞一端的端口处；所述密封机构用于将钻孔位于溶洞一端的端口与套管一端的外管壁、以及钻孔与套管之间密封；所述导气管路穿设在所述套管中。

进一步地，所述套管上设置有注浆孔，所述密封机构为经所述注浆孔灌注在套管与钻孔孔壁之间、且凝固后的浆料。

进一步地，还包括：

第一阀门，所述第一阀门的第一端口与所述加气装置的出气端连通，第二端口与所述导气管路的另一端连通；所述第一阀门用于控制所述加气装置与导气管路的通断；

第二阀门，所述第二阀门的第一端口与所述储气容器的出气端连通，第二端口与所述导气管路的另一端连通；所述第二阀门用于控制所述储气容器与导气管路的通断。

进一步地，还包括：

第一支路管，所述第一支路管的一端与所述第一阀门的第二端口连通，另一端与所述导气管路的另一端连通；

第二支路管，所述第二支路管的一端与所述第二阀门的第二端口连通，另一端与所述导气管路的另一端连通。

进一步地，还包括：三通接头，所述三通接头的第一接口与所述导气管路的另一端连通，第二接口与所述第一支路管的另一端连通，第三接口与所述第二支路管的另一端连通。

进一步地，还包括：数据采集仪，所述数据采集仪与所述第一压力温度检测模块、以及第二压力温度检测模块电连接，用于采集压力和温度数据。

进一步地，所述第一压力温度检测模块和所述第二压力温度检测模块都包括：用于检测气体的压力的气压传感器，以及用于测量气体的温度的温度计。

进一步地，所述加气装置为空压机。

依据上述实施例所提供的非连通性溶洞的体积测量***，通过加气装置向溶洞中注入气体，并通过溶洞中的第二压力温度检测模块检测气体的压力稳定到某一值时，判断该溶洞为非连通性溶洞，如此，可有针对性的对其体积进行测量。加气装置向溶洞中注入的气体是空气，储气容器中同样储存的是空气，二者相较于以往向溶洞中注入挥发性物质，并通过溶洞中空气密度的变化对溶洞体积进行测量的方式，不仅简化测量步骤，还可节省测量成本。

附图说明

图1为本申请一种实施例中的非连通性溶洞的体积测量***的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本发明所涉及的非连通性溶洞的体积测量***，可以通过加气装置以及溶洞中的第二压力温度检测模块判断溶洞是否为非连续性溶洞，同时，还可准确测出溶洞的体积。

参见图1所示，本实施例提供的非连通性溶洞的体积测量***主要包括：导气管路1，加气装置2，储气容器3，第一压力温度检测模块4，以及第二压力温度检测模块5。导气管路1穿设在钻孔100(如图1中虚线所示)中，并且，导气管路1的一端伸入溶洞200中，导气管路1的另一端伸出地面。加气装置2可以输出具有一定压力的气体，储气容器3中储存有一定体积的气体，并且，加气装置2的出气端以及储气容器3的出气端都与导气管路1伸出地面的另一端连通。第一压力温度检测模块4设置在溶洞200中，该第二压力温度检测模块5用于检测溶洞200中气体的压力和温度，第二压力温度检测模块5设置在储气容器3中，该第一压力温度检测模块4具体用于检测储气容器3中气体的压力和温度。

本体积测量***的使用过程如下：

将导气管路1的另一端与加气装置2导通，同时断开储气容器3与导气管路1的另一端之间的连通，通过加气装置2向溶洞200中注入气体，当第一压力温度检测模块4检测到溶洞200中气体的压力稳定至某一数值时，即可判断该溶洞为非连通性溶洞。此时，通过第一压力温度检测模块4测量此时溶洞200中气压的压力P₁和温度T₁，并根据气体状态方程得到此时溶洞中的气体质量m₁为：

将储气容器3与导气管路1的另一端之间导通，同时断开加气装置2与导气管路1的另一端之间的连通，通过第二压力温度检测模块5测量此时储气容器3中气体的压力P₂和温度T₂，并根据气体状态方程得到此时储气容器3中气体的质量m₂为：

当第一压力温度检测模块4检测到溶洞200中气体的压力、以及第二压力温度检测模块5检测到储气容器3中气体的压力稳定时，通过第一压力温度检测模块4测量此时溶洞中的压力P₁＇和温度T₁＇，并根据气体状态方程得到此时溶洞200中气体的质量m₁＇为：

通过第二压力温度检测模块5检测此时储气容器3中气体的压力P₂＇和温度T₂＇，根据气体状态方程得到储气容器3中气体的质量m₂＇为：

根据从溶洞中流向储气容器中气体的质量恒定，得到：

m₁-m₁′＝m₂′-m₂；

进一步得到，

其中，V_x为溶洞的体积，Z₁、Z₁＇、Z₂、以及Z₂＇都为气体压缩系数，在实际工况中，对于常规压力下的测量，气体的温度和压力变化很小，储气容器3与溶洞200的压力相对也很近似，因此气体压缩常数在气体流通前后可取为相同，进一步将上述式子简化为下式：

上述实施方式中，导气管路1应与钻孔100的孔壁之间密封，从而将溶洞200与外界隔绝，同时，将导气管路1与溶洞200视为一体。理论在计算出V_x后，应再减去导气管路的体积，但导气管路1的体积相对于溶洞的体积很小，可以忽略不计。

本实施例中，加气装置2优选采用空压机，可以将具有一定压力的压缩气体稳定的注入到溶洞中。储气容器3中储存的气体同样是空气，二者相较于以往向溶洞中注入挥发性物质，并通过溶洞中空气密度的变化对溶洞的体积进行测量的方式，不仅简化测量步骤，还可节省测量成本。

一种实施例中，本实施例所提供的非连通性溶洞的体积测量***还包括：套管6，以及密封机构(图中未示出)。套管6穿设在钻孔100中，前述的导气管路1则穿设在该套管6中。该套管6用于对钻孔100起支撑作用，防止钻孔100坍塌。具体的是，套管6的一端位于钻孔100位于溶洞200一端的端口101处，套管6的另一端位于钻孔100的位于地面的另一端口102处。前述的密封机构用于将钻孔100位于溶洞200一端的端口101与套管6一端的外管壁，以及钻孔100与套管6之间密封。

具体的是，在套管6上设置有注浆孔(图中未示出)，前述的密封机构为经该注浆孔灌注在套管6与钻孔100孔壁之间、且凝固后的浆料，从而将钻孔100位于溶洞200一端的端口101与套管6一端的外管壁，以及钻孔100与套管6之间密封。该浆料可以是混凝土浆料。

需要说明的是，在将套管6穿设在钻孔100的过程中，首先要对钻孔100进行清孔工作。

一种实施例中，本体积测量***还包括：第一阀门7和第二阀门8，第一阀门7的第一端口与加气装置2的出气端连通，第一阀门7的第二端口与导气管路1的另一端连通，该第一阀门7用于控制加气装置2与导气管路1之间的通断。第二阀门8的第一端口与储气容器3的出气端连通，第二阀门8的第二端口与导气管路1的另一端连通，该第二阀门8用于控制储气容器3与导气管路1之间的通断。

具体的是，当第一阀门7打开以控制加气装置2与导气管路1之间连通时，即可在通过加气装置2向溶洞200中注入气体时，通过第二阀门7断开储气容器3与导气管路1之间的连通。相反的，当第二阀门8打开以控制储气容器3与导气管路1之间连通时，即可在储气容器3与导气管路1之间连通时，通过第一阀门7断开加气装置2与导气管路1之间的连通。

通常情况下，钻孔100沿竖直方向，而为了便于加气装置2以及储气容器3与导气管路1的连通，本申请所提供的体积测量***还包括：第一支路管9和第二支路管10，第一支路管9的一端与第一阀门7的第二端口连通，第一支路管9的另一端与导气管路1的另一端连通。第二支路管10的一端与第二阀门8的第二端口连通，第二支路管10的另一端与导气管路1的另一端连通。

优选的实施方式中，为便于各管路之间的连接，在导气管路1的另一端还设置有三通接头(图中未示出)，该三通接头的第一接口与导气管路1的另一端连通，三通接头的第二接口与第一支路管9的另一端连通，三通接头的第三接口与第二支路管10的另一端连通。

一种实施例中，为便于对第一压力温度检测模块4以及第二压力温度检测模块5所采集的数据进行记录，本申请所提供的体积测量***还包括：数据采集仪11，该数据采集仪11的第一输入端通过第一连接线路12与第一压力温度检测模块4电连接，该数据采集仪11的第二输入端通过第二连接线路13与第二压力温度检测模块5电连接，从而可以通过数据采集仪11采集第一压力温度检测模块4以及第二压力温度检测模块5所测得的压力和温度数据。

本实施例中，第二连接线路13穿设在套管6中，从而通过套管6与第二压力温度检测模块5连通。

优选的实施方式中，数据采集仪11上还设置有显示模块(例如，显示屏)，以显示第一压力温度检测模块4以及第二压力温度检测模块5所测得的压力和温度数据，便于使用。

本实施例中，第一压力温度检测模块4和第二压力温度检测模块5都包括：气压传感器和温度计，其中，气压传感器用于检测气体的压力，温度计用于测量气体的温度。

综上所述，本非连通性溶洞的体积测量***，通过加气装置向溶洞中注入气体，并通过溶洞中的第二压力温度检测模块检测气体的压力稳定到某一值时，判断该溶洞为非连通性溶洞，如此，可有针对性的对其体积进行测量。加气装置向溶洞中注入的气体是空气，储气容器中同样储存的是空气，二者相较于以往向溶洞中注入挥发性物质，并通过溶洞中空气密度的变化对溶洞的体积进行测量的方式，不仅简化测量步骤，测量结果准确，还可节省测量成本。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，包括：导气管路，加气装置，储气容器，第一压力温度检测模块，以及第二压力温度检测模块；所述导气管路穿设在钻孔中，且所述导气管路的一端伸入溶洞，另一端伸出地面；所述加气装置的出气端以及所述储气容器的出气端都与所述导气管路的另一端连通，所述第一压力温度检测模块设置在溶洞中，用于检测溶洞中气体的压力和温度，所述第二压力温度检测模块设置在所述储气容器中，用于检测储气容器中气体的压力和温度。

2.如权利要求1所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，还包括：套管，以及密封机构；所述套管穿设在钻孔中，所述套管的一端位于钻孔位于溶洞一端的端口处；所述密封机构用于将钻孔位于溶洞一端的端口与套管一端的外管壁、以及钻孔与套管之间密封；所述导气管路穿设在所述套管中。

3.如权利要求2所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，所述套管上设置有注浆孔，所述密封机构为经所述注浆孔灌注在套管与钻孔孔壁之间、且凝固后的浆料。

4.如权利要求1所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，还包括：

第一阀门，所述第一阀门的第一端口与所述加气装置的出气端连通，第二端口与所述导气管路的另一端连通；所述第一阀门用于控制所述加气装置与导气管路的通断；

第二阀门，所述第二阀门的第一端口与所述储气容器的出气端连通，第二端口与所述导气管路的另一端连通；所述第二阀门用于控制所述储气容器与导气管路的通断。

5.如权利要求4所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，还包括：

第一支路管，所述第一支路管的一端与所述第一阀门的第二端口连通，另一端与所述导气管路的另一端连通；

第二支路管，所述第二支路管的一端与所述第二阀门的第二端口连通，另一端与所述导气管路的另一端连通。

6.如权利要求5所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，还包括：三通接头，所述三通接头的第一接口与所述导气管路的另一端连通，第二接口与所述第一支路管的另一端连通，第三接口与所述第二支路管的另一端连通。

7.如权利要求1所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，还包括：数据采集仪，所述数据采集仪与所述第一压力温度检测模块、以及第二压力温度检测模块电连接，用于采集压力和温度数据。

8.如权利要求7所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，所述第一压力温度检测模块和所述第二压力温度检测模块都包括：用于检测气体的压力的气压传感器，以及用于测量气体的温度的温度计。

9.如权利要求1所述的非连通性溶洞的体积测量***，其特征在于，所述加气装置为空压机。

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