[实用新型]一种基于光纤光栅传感技术的围岩应力测量装置

说明书

一种基于光纤光栅传感技术的围岩应力测量装置，其中，托盘、排气管、注浆钢管为一体结构，排气管的一端安装有排气管开关阀，注浆钢管一端安装有注浆钢管开关阀，注浆钢管另一端通过连接钢管与延伸钢管一端连接，延伸钢管另一端轴向密闭并贯通杆体穿出后顶住注浆孔洞最顶端的围岩，同时在延伸钢管密闭端法向开有圆孔，密封孔塞嵌套在注浆钢管与排气管上；杆体上设置有多个凹槽，每个凹槽内黏贴固定有光纤光栅传感器，光纤光栅传感器通过光纤与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与计算机连接；定位组件一端接触围岩，定位组件另一端与光纤光栅传感器连接；通过加压注浆，使得围岩、杆体与光纤光栅传感器贴合更紧密，测得数据更加准确可靠。

技术领域

本实用新型涉及隧道、矿山等围岩应力监测装置技术领域，尤其涉及一种基于光纤光栅传感技术的围岩应力测量装置。

背景技术

多年来，在我国各类隧道围岩事故中，隧道坍塌等事故时有发生，严重威胁工作人员的生命安全，且对施工质量和进度也造成很大地影响，为保证现场安全施工与施工质量，对围岩应力的监测越来越受到重视，同时对监测的准确性、可靠性及在线监测能力的要求也越来越高。

在围岩监测中，传统应力监测多采用电阻应变片、振弦式压力盒等测试设备，但由于传统的电阻式、振弦式等电信号测量装置存在着不同缺陷，受使用条件限制，如在雷雨天气或强磁场环境下受干扰严重，无法准确测量围岩的应力变化，且测试效率不高，传感元件易损坏，无法对监测进行远程监控，不能实现实时在线监测和长期监测。

目前，多数围岩应力传感器（或量测装置）无法与围岩贴合密实，导致传感装置不能真实反映围岩的应力变化，测量精度不够准确，从而影响测量的可靠性；此外，虽然锚杆式围岩应力监测装备可通过压力注浆等方法使传感器和围岩紧密贴合，但是锚杆端头因螺母拧紧在托盘上，易导致锚杆轴向受到约束力，此时杆体受到的力不单单是来自于围岩，从而增加了杆体变形的影响因素，使得测量结果不够精确。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种基于光纤光栅传感技术的围岩应力测量装置，以解决上述背景技术中的问题。

本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于光纤光栅传感技术的围岩应力测量装置，包括用于与围岩接触的托盘、排气管、注浆钢管、定位组件、连接钢管、延伸钢管、光纤光栅传感器、杆体、光纤光栅解调仪及计算机，其中，托盘、排气管、注浆钢管为一体结构，且在托盘上设置有用于预埋光纤通过的光纤预留孔，排气管的一端安装有排气管开关阀，注浆钢管一端安装有注浆钢管开关阀，注浆钢管另一端通过连接钢管与延伸钢管一端连接，延伸钢管另一端轴向密闭并贯通杆体穿出后顶住注浆孔洞最顶端的围岩，同时在延伸钢管密闭端法向开有用于注浆时将水泥浆透入注浆区的圆孔，用于密封注浆孔洞口的密封孔塞嵌套在注浆钢管与排气管上，将注浆区与注浆孔洞外界隔绝为两个空间，使其相互不通；通过设置连接钢管，使注浆钢管与延伸钢管连接时两者管径中心轴线相同，以实现更好连接；杆体上设置有多个凹槽，每个凹槽内黏贴固定有用于感知杆体变形的光纤光栅传感器，光纤光栅传感器通过光纤与光纤光栅解调仪连接，光纤光栅解调仪与计算机连接；用于使杆体固定在注浆孔洞中轴线位置的定位组件一端接触围岩，定位组件另一端与杆体上的光纤光栅传感器连接，以确保杆体与围岩之间水泥浆厚度填充均匀，从而减少或避免围岩与光纤光栅传感器之间出现应力集中现象，提高围岩应力量测的准确性。

在本实用新型中，所述光纤光栅传感器内部放置有温度光纤光栅和应变光纤光栅，温度光纤光栅不受力只受温度影响，用以消除温度对测量结果的影响；从注浆钢管注浆，浆液从排气管返浆，用于将圆孔内空气排除干净，通过加压注浆，让浆液向孔洞各个位置充分扩散，注浆更密实，使得围岩、中空杆体与光纤光栅传感器贴合更紧密，测得数据更加准确可靠。

在本实用新型中，所述在托盘的四个角各设置有一个螺栓孔，螺栓用于固定和拧紧托盘，在托盘与围岩接触面之间设有密封垫。