模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置及布設方法
2023-05-20 02:22:46 1
專利名稱：模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置及布設方法
技術領域：
本發明涉及一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置及布設方法，屬於試驗模型領域。
背景技術：
模型試驗中布設的監測元件主要用於監測模型體內填築的相似材料的應變值以及位移值，監測元件的布設位置以及布設方法對試驗結果的準確性和可靠性都有重要的影響。模型試驗中位移的監測可以採用多點位移計來完成，布設多點位移計時埋設在模型體內的部分通過引出的鋼絲線與千分表或者光柵尺相連。現有的多點位移計只能按照直線引線與千分表或光柵尺相連，無法改變引出的鋼絲線的方向，對於隧/巷道掘進面以外的部分都可以按直線引出與千分表或者光柵尺相連而不需要變向，但是對於埋設在掘金面內的多點位移計則不同，掘金面內的多點位移計用於監測掘金面前方的位移，鋼絲線無法按照直線直接引出與千分表或者光柵尺相連，需要轉90度，從模型體上部引出與千分表或者光柵尺相連。如果強行改變多點位移計的方向會增大多點位移計的摩擦力，引起監測結果的誤差。
發明內容
本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種模型試驗中隧/ 巷道掘進面前方變形監測裝置與布設方法，本發明結構簡單、布設方便、摩擦較小，監測結果準確。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案
一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置，包括鋼絲線和折彎的管道，所述管道內設有多個滑塊，管道的折彎處設有導向滑輪，所述鋼絲線經多個滑塊的圓柱孔和導向滑輪穿過所述管道；所述鋼絲線的一端與光柵尺相連，另一端與微型測點錨頭相連。所述管道為聚四氟乙烯管，滑塊為聚四氟乙烯滑塊，且聚四氟乙烯滑塊的直徑與聚四氟乙烯管內徑相同。所述導向滑輪焊接在變向裝置的中間位置。所述微型錨頭為一五角形鋼片，一面朝向開挖面，一面與鋼絲線相連。隧道開挖過程中，掌子面都有一定的擠出變形，當開挖到離埋設的微型測點錨頭一定的距離後，掌子面的擠出變形會引起微型測點錨頭的移動，微型測點錨頭帶動鋼絲線移動，千分表或光柵尺就會記錄到產生的位移。模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置的布設方法，包括以下步驟
1)向模型體內填築相似材料並逐層夯實，當填築到要布設多點位移計的平面時停止填料將監測元件放置在設計好的位置上。2)模型體採用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監測，對先開挖的一端，布
3設的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，對後開挖的一端布設的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，每一端的多點位移計的數量根據設計要求布設。3)調整好導向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，並調整鋼絲線的長度使其處於合適的長度。4)填築相似材料覆蓋並固定監測元件。5)拉直垂直於隧道軸線的鋼絲線，使其與導向滑輪良好接觸並穿過模型體與其上面的光柵尺相連。6)逐層填築相似材料直到整個模型體的相似材料都填築完畢。本發明解決了模型試驗中隧/巷道掘進面前方擠出變形監測的問題，使得模型試驗的監測數據更加準確全面，本發明具有以下優點
1)本發明的監測裝置結構簡單、製作方便、成本低廉。2)本發明的布設方法簡單可行，不需要複雜的操作，能夠保證一次性布設成功。3)根據設計的需要，模型體的掘進面前方內還可以布設多個多點位移計。4)監測裝置體積較小，埋設在模型體內對試驗數據的影響很小。5)通過本發明監測到的數據結果準確可靠，能夠為實際工程的設計施工提供指導。
圖1模型體的三維立體簡圖； 圖2模型體剖面圖； 圖3多點位移計詳圖； 圖4微型測點錨頭詳其中1、模型體，2、相似材料，3、隧道輪廓，4、多點位移計，5、千斤頂和加壓板，6、反力梁，7、微型測點錨頭，8、聚四氟乙烯管，9、導向滑輪，10、變向裝置，11、聚四氟乙烯滑塊， 12、鋼絲線，13、光柵尺。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明
圖3中，模型試驗中隧(巷)道掘進面前方擠出變形監測裝置，包括微型測點錨頭7、聚四氟乙烯管8、導向滑輪9、變向裝置10、聚四氟乙烯滑塊11、鋼絲線12、聚四氟乙烯滑塊11 插入到聚四氟乙烯管8中。微型測點錨頭7用於捕捉掌子面的擠出變形；鋼絲線12穿過聚四氟乙烯滑塊11，一端與圖2中光柵尺13相連，另一端通過強力膠與微型測點錨頭7相連， 起到連接作用，將微型測點錨頭7捕捉到的位移型號傳遞給光柵尺13 ；，聚四氟乙烯管11 用於保護鋼絲線12 ；變向裝置10用於改變鋼絲線12的走向；導向滑輪9用於減小鋼絲線 12與聚四氟乙烯管8以及變向裝置10的摩擦阻力，使整個裝置更加靈敏，測量精度更高。在隧道開挖過程中，隧道的掌子面都有一定的擠出變形，掌子面擠出產生變形後會帶動微型測點錨頭7移動，產生一定的位移，微型測點錨頭7產生的位移通過鋼絲線12 傳遞到光柵尺13，從而測出掌子面的擠出變形。所述聚四氟乙烯滑塊11的直徑與聚四氟乙烯管8內徑相同。
所述聚四氟乙烯滑塊11的圓心處有一個直徑比鋼絲線12略大的圓柱孔。所述變向裝置10硬度較大的鋼片製作而成，其內部中間位置焊接有導向滑輪9。模型試驗中隧(巷)道掘進面前方擠出變形監測裝置的布設方法，包括以下步驟 1)如圖2所示，向模型體1內填築相似材料，並逐層夯實，當填築到要布設多點位移
計4的平面(人為規定的)停止填料將多點位移計4放置在設計好的位置上。所填築的相似材料由鐵粉、重晶石粉、石英砂、松香酒精溶組成，鐵粉，重晶石粉，石英砂的質量比為1 1.2:0. 38，松香酒精溶液的摩爾濃度為10%。2)模型體採用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監測，對先開挖的一端，布設的圖2中的多點位移計4的微型測點錨頭，如圖4所示A面朝向該端的掘進面，對後開挖的一端布設的圖2中的多點位移計4的微型測點錨頭，如圖4所示A面朝向該端的掘進面， 每一端的多點位移計4的數量根據設計要求布設。3)調整好變向裝置10的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直， 並調整鋼絲線12的長度使其處於合適的長度。4)填築相似材料2覆蓋多點位移計4已經布設好的部分將多點位移計4固定。5)圖3中，拉直垂直於隧道軸線的鋼絲線12，使其與導向滑輪9良好接觸並穿過圖2中模型體的加壓板5和反力梁6與模型體1頂部的光柵尺13 (如圖1所示)相連。6)逐層填築相似材料2直到整個模型體的相似材料都填築完畢。
權利要求
1.一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置，其特徵是，包括鋼絲線和折彎的管道，所述管道內設有多個滑塊，管道的折彎處設有導向滑輪，所述鋼絲線經多個滑塊的圓柱孔和導向滑輪穿過所述管道；所述鋼絲線的一端與光柵尺相連，另一端與微型測點錨頭相連。
2.如權利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置，其特徵是，所述管道為聚四氟乙烯管，滑塊為聚四氟乙烯滑塊，且聚四氟乙烯滑塊的直徑與聚四氟乙烯管內徑相同。
3.如權利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置，其特徵是，所述導向滑輪焊接在變向裝置的中間位置。
4.如權利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置，其特徵是，所述微型錨頭為一五角形鋼片，一面朝向開挖面，一面與鋼絲線相連。
5.一種採用權利要求1所述的模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置的布設方法，其特徵是，包括以下步驟1)向模型體內填築相似材料，並逐層夯實，當填築到要布設多點位移計的平面時停止填料，將監測元件放置在設計好的位置上；2)模型體採用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監測，對先開挖的一端，布設的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，對後開挖的一端布設的多點位移計的微型測點錨頭朝向該端的掘進面，每一端的多點位移計的數量根據設計要求布設；3)調整好導向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，並調整鋼絲線的長度使其處於合適的長度；4)填築相似材料覆蓋並固定監測元件；5)拉直垂直於隧道軸線的鋼絲線，使其與導向滑輪良好接觸並穿過模型體與其上面的光柵尺相連；6)逐層填築相似材料直到整個模型體的相似材料都填築完畢。
全文摘要
本發明涉及一種模型試驗中隧/巷道掘進面前方變形監測裝置及布設方法，利用監測裝置實現監測的步驟如下1)向模型架內填築相似材料，並逐層夯實，當填築到要布設多點位移計的平面時停止填料將監測元件放置在設計好的位置上；2)模型體採用兩端開挖，對兩端掘進面的擠出變形都要監測；3)調整好導向裝置的位置使其一端與隧道軸線平行，另一端與隧道軸線垂直，並調整鋼絲線的長度使其處於合適的長度；4)填築相似材料覆蓋並固定監測元件；5)拉直垂直於隧道軸線的鋼絲線，使其與導向滑輪良好接觸並穿過模型體與其上面的光柵尺相連；6)逐層填築相似材料直到整個模型體的相似材料都填築完畢。
文檔編號G01B5/30GK102359752SQ20111022652
公開日2012年2月22日 申請日期2011年8月9日 優先權日2011年8月9日
發明者劉欽, 李利平, 李術才, 胡聰, 袁超, 趙巖 申請人:山東大學