[发明专利]一种盾构隧道围岩变形超前监测结构及监测方法

权利要求书

1.一种盾构隧道围岩变形超前监测结构，其特征在于，包括若干监测段(1)、柔性连接段(2)以及位于监测段(1)上的角度感应装置(3)组成的监测主体，其中，柔性连接段(2)的两端分别与相邻两个监测段(1)的首段和尾端连接，角度感应装置(2)用于监测其上的监测段(1)与水平面和铅垂面的角度，监测段(1)和柔性连接段(2)上套装有柔性套管(5)，柔性套管(5)将监测主体套装在其内，靠近A端的监测段(1)的首端连接有一端为尖锥状的导向头(7)。

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道围岩变形超前监测结构，其特征在于，监测主体位于超前钻孔(8)内，超前钻孔(8)为围岩中未挖段(10)上方的斜向上倾斜的钻孔，超前钻孔(8)与监测主体之间填充有用于固定监测主体的填料层(9)。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道围岩变形超前监测结构，其特征在于，监测段(1)上套装有橡胶圈(6)，橡胶圈(6)在围岩变形时，监测段(1)随柔性套管(5)同幅度变形。

4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道围岩变形超前监测结构，其特征在于，监测段(1)为内部为中空的钢管，角度感应装置(2)位于钢管内部，角度感应装置(2)包括用于分别监测其上的监测段(1)与水平面和铅垂面的角度的第一角度感应器和第二角度感应器。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道围岩变形超前监测结构，其特征在于，柔性连接段(2)为波纹管，角度感应装置(2)相连接的电缆(4)穿过柔性连接段(2)内部，从B端监测段(1)穿出与数据采集器连接。

6.一种盾构隧道围岩变形超前监测结构的监测方法，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的监测结构，包括以下步骤：

(1)盾构隧道掘进至设计监测洞段时暂停掘进，在隧道未开挖段(10)的上端斜向上钻掘超前钻孔(8)，将带有导向头(7)和柔性套管(5)的监测主体放入超前钻孔(8)中；

(2)在超前钻孔(8)与柔性套管(5)之间的间隙中填充填料层(9)，通过填料层(9)将监测主体固定在超前钻孔(8)内，然后将电缆(4)与数据采集仪连接；

(3)从A端到B端的监测段1分别为第1-i监测段，其中，第i监测段尾部位移S_i：

S_i＝∑L_i*sinβ_i-∑L_i*sinα_i (1)

式中，L_i为第i监测段长度和柔性连接段(2)长度的和，β_i为变形位置线(17)上第i监测段与基准线(14)夹角，α_i为安装位置线(15)上第i监测段与基准线(14)夹角；

第i监测段尾部的水平方向位移S_xi：

S_xi＝∑L_i*sinβ_xi-∑L_i*sinα_xi (2)

式中，β_xi为水平投影面变形位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角，α_xi为水平投影面安装位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角；

第i监测段尾部的铅垂方向位移：

S_yi＝∑L_i*sinβ_yi-∑Li*sinα_yi (3)

式中，β_yi为铅垂面变形位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角，α_yi为铅垂面安装位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角；

第i监测段尾部的洞轴线方向位移：

S_zi＝∑L_i*cosα_yi-∑L_i*cosβ_yi (4)

式中，β_yi为铅垂面变形位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角，α_yi为铅垂面安装位置线上第i监测段与基准线(14)的夹角；

第i监测段的合位移方向与直角坐标y方向的夹角：

γ_i＝arctan(S_yi/S_xi) (5)

根据直角坐标系中水平位移和铅垂位移的方向，确定第i监测段合位移方向角δ_i；

其中，水平方向位移为直角坐标x方向位移，x方向向右为正，铅垂方向位移为直角坐标y方向位移，y方向向下为正；洞轴线方向位移方向为z，z与上述x和y垂直，为三维坐标系z轴；z方向为未开挖隧道段方向为正。