[发明专利]一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工过程中的监测装置，具体的说是一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法，主要用于隧道暗挖过程中管棚支护的挠度和内力测试。

背景技术

为缓解交通的压力，实现行车的立体交叉，需要在繁忙的公路、铁路和既有建筑物下修建隧道。隧道施工方法受到地面建筑、城市交通、水文地质、环境保护、施工工具等因素的影响，浅埋暗挖法以其适应性强、经济性好的特点，在隧道施工中广泛应用。但是采用浅埋暗挖法施工的隧道，上部覆盖层较薄，围岩条件通常较差，施工安全风险非常大；而超前管棚作为一种支护体系，可长距离加固暗挖隧道拱部地层，为隧道施工创造了有利条件，提高了安全度。

管棚支护通过向围岩中打入钢管并向围岩中注浆，减少土体空隙率，增加土的密实度，使管棚、浆液和土体共同作用，维护围岩结构的整体性，提高围岩的物理强度，调动软弱围岩的自承能力，使其及时有效地抑制围岩的变形。管棚支护在稳定开挖围岩的同时，也产生了相应的变形，通过对该变形进行测试，综合地表沉降、拱顶下沉和周边收敛的测试结果，可形成完整的管棚支护围岩稳定性评价体系，实时监测管棚支护围岩的受力以及形变，极大的增加隧道施工的安全性。

发明内容

为了解决隧道施工中管棚支护变形的监测问题，本发明提供了一种用于隧道管棚支护变形测试的装置及其使用方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种用于隧道管棚支护变形测试的装置，主要由测斜装置和测力装置构成，所述测斜装置主要由测斜钢管、水平测斜管和设置在水平测斜管内一端的固定滑轮组成，所述固定滑轮上设有钢绞线，所述水平测斜管外环套有环形支架，环形支架通过其上设有的滚轮与测斜钢管的内壁接触；所述测力装置主要由测力钢管和内部设有钢筋计的钢筋笼构成，钢筋笼通过其下部的推送滑轮设置在测力钢管内；所述的测斜钢管和测力钢管相邻设置在隧道拱顶；

所述钢筋计通过连接钢筋垂直焊接在钢筋笼的内壁上；

所述固定滑轮通过铁丝和钢板固定在水平测斜管内的一端；

所述水平测斜管与环形支架为过盈配合，且两者之间通过铁丝捆绑固定。

本发明中，所述的水平测斜管外径小于环形支架内径，环形支架外径应小于测斜钢管内径，钢筋笼外径小于测力钢管内径。

利用所述的变形测试装置测试隧道管棚支护变形的方法，包括以下步骤：

步骤一、将该装置的测斜装置和测力装置相邻布置在所要监测的隧道拱顶，并使测斜装置水平设置；

步骤二、在测斜装置内的钢绞线的一端设置水平测斜仪，另一端绕过固定滑轮并裸露在外，拉动裸露在外的钢绞线使水平测斜仪沿测斜钢管的内壁向内移动，每隔半米记录一次水平测斜仪的读数，待水平测斜仪移动到测斜钢管底部时，交换水平测斜仪和钢绞线的进出方向，仍然拉动钢绞线，并每隔半米记录一次水平测斜仪的读数；

步骤三、对测斜钢管内同一位置的测得的两个数据取平均值作为该位置的斜度值，通过换算将整根测斜钢管不同位置的斜度值转化为测斜钢管长度方向上的挠度曲线，并通过该挠度曲线判断隧道管棚支护的变形情况；

步骤四、通过对测力装置中设置的钢筋计读数的处理来判断管棚内力随隧道施工的变化情况。

本发明的工作原理为：

通过在隧道拱顶钢管内布置水平测斜管以及相邻的钢管内布置钢筋计，测量钢管的挠度和受力情况，分析管棚支护在隧道开挖过程中的变形及受力机制。将通过固定滑轮的钢绞线的一端与水平测斜仪连接，另一端裸露在外；沿水平测斜管向外拉动裸露在外的钢绞线，使得水平测斜仪沿水平测斜管向内移动，每隔半米记录一次数据；待测斜仪滑动至水平测斜管底部后，交换测斜仪与裸露线进出方向，仍然每隔半米记录一次数据，对同一位置的两次数据取平均值，通过一定的数学换算，得到水平测斜管在整个长度上的挠度曲线。对于安装钢筋计的钢管内力测试，由于钢筋笼与钢管之间充满水泥砂浆，形成共同受力变形体，随着隧道开挖的进行，钢筋计与钢管产生同步变形，通过对钢筋计测试数据的处理，得到管棚内力随隧道施工的变化情况。

有益效果：本发明通过布置水平测斜管以及在水平测斜管内设置固定滑轮，使得水平测斜仪可沿水平测斜管移动来测定其斜度，达到了实时监控隧道拱顶变形的目的；在钢管内安装钢筋计，通过钢筋计对钢管内力的测试，间接反映出管棚内力随隧道施工的变化情况，结构简单实用，便于操作和推广应用。

附图说明

图1为本发明在隧道拱顶的安装示意图；

图2为本发明测斜装置的结构示意图；

图3为本发明测斜装置的剖视图；