[发明专利]一种注浆扩散三维监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别是一种注浆扩散三维监测系统及监测方法。

背景技术

随着我国基础设施建设的快速发展，公路铁路隧道、煤矿巷道、地铁、水电硐室等修建越来越广泛。但随着浅部资源的减少甚至枯竭，矿山开采深度越来越深；目前越来越多的隧道建设在高山之中；越来越多的地下工程处在大埋深、软岩、断层构造等恶劣地质环境中，导致岩体稳定控制难度剧增，工程灾害频发。

注浆加固是提高岩体稳定性，保证工程安全的重要技术措施；注浆堵水是目前处理岩土工程中突涌水问题的主要技术。但是，由于目前注浆技术发展仍不完善，导致注浆效果得不到保障，最为突出的问题是：由于岩土体中存在大量无法直接观察的贯通裂隙，注浆过程中浆液如何扩散、扩散到什么范围等信息无法获取，导致注浆策略的制定非常被动。比如在裂隙发育严重的围岩中注浆时，经常遇到浆液压力从开始到结束一直保持在很低的水平，浆液仅沿优势通道扩散的情况，甚至有时浆液仅沿一个方向扩展至注浆孔外10m～20m以外而注浆孔周边其它方向围岩裂隙没有任何浆液填充的情况。在此条件下，虽然注浆量很大，但是对围岩裂隙的整体填充率却很低，无法在围岩中形成连续的充填加固区域，不能达到预期加固效果，而且还浪费了材料。

因此，注浆过程中浆液扩散模式、扩散参数的监测对于注浆加固机理研究、技术发展、方案优化具有重要价值。但是目前尚没有相应的设备和技术能够有效、定量、实时的监测到浆液的三维扩散信息。因此，目前亟待开发一种监测系统及方法解决上述问题。

发明内容

本发明公开了一种注浆扩散三维监测系统及监测方法，能够在注浆过程中准确、定量、实时获取浆液的三维扩散信息。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种注浆扩散三维监测系统，包括放入监测孔内的隔段式传感器，所述的隔断式传感器包括一个中心管、加压管、阻隔器和浆液感应元件，沿着中心管的轴向方向间隔布置有多个阻隔器，每两个阻隔器之间设有固定在中心管上的浆液感应元件，每个阻隔器均与为其加压的加压管连通，所述的每个介质感应元件均通过独立的信号线与信息采集器相连，实现裂隙空间信息的定位。所述的浆液感应元件感应到浆液后，即时将信号通过导线传送到信号接收器，上述每个浆液感应元件的信号感应及传递均是相互独立的，以实现浆液扩散空间信息的定位。

进一步的，所述的加压管向阻隔器内充入高压气体或液体，实现阻隔器的侧向膨胀或收缩；当通过加压管向当阻隔器内充入高压气(液)体时，阻隔器侧向膨胀，并最终与监测孔的孔壁接触并密贴，达到封隔的目的；当阻隔器内气压降低时，解除封隔作用。

进一步，阻隔器的间隔越小，感应单元数量越多，浆液扩散信息的监测精度和定位精度越高。

进一步的，所述的浆液感应元件是一种对浆液反映敏感的感应元件。

进一步的，所述的监测孔设置在注浆孔的周围，所述的中心管、加压管均设置在监测孔内，且加压管与中心管平行设置。

使用时，隔段式传感器布置在注浆孔周围，阻隔器膨胀后，每个隔段式传感器上的浆液感应元件被相互隔离，且分布在不同深度，由此形成了注浆孔周围的三维布控状态；当浆液通过裂隙运移到若干浆液感应单元时，便获取了即时的浆液扩散的三维空间信息，从而实现三维实时监测。

本发明监测系统的监测方法如下：

1、根据需要在岩土体中的注浆孔周围钻出若干监测孔，并清理测孔中的杂质；所述的监测孔的直径应当略大于隔段式传感器的外径，以同时满足隔段式传感器的放入并满足隔段需要；一般来讲，监测孔的深度大于注浆孔的深度；所述的监测孔越多、越密，监测精度越高。

2、检测阻隔器的密闭性满足要求后，将隔段式传感器放入监测孔；

3、将信号线连接到信号采集器；

4、根据每个注浆孔、隔段式传感器的相对位置及深度，测算每个浆液感应元件的坐标并编号；

5、通过加压管向阻隔器内充入高压气体(或液体)并保持，阻隔器内的压力应大于注浆压力；

6、待加压管内的压力稳定后打开信号采集器；

7、通过注浆管开始向注浆孔注入浆液；此过程中浆液将会沿着岩土体中的裂隙、缝隙等进行扩散，部分浆液最终会与某隔段式传感的某浆液感应元件接触，该浆液感应元件将信号传送至信号采集器；由于每个浆液感应元件均处在不同的位置且独立编号，因此可以准确定位浆液扩散信息所在位置；

8、监测结束，通过加压管释放压力，拔出隔段式传感器。