[发明专利]隧道支护体系锁脚锚管的内力测量装置及方法

说明书

本发明提供一种隧道支护体系锁脚锚管的内力测量装置及方法，用于台阶法隧道开挖支护结构锁脚锚管的内力测量，该设备包括监测结构与安装辅助设备，监测结构由细条状硬板、监测光纤、尾纤接头、光收发模块和信号处理系统组成，安装辅助设备由预制管盖、TPU内衬软管和充气装置组成。该方法是在锁脚锚管内安装监测结构，在每根锁脚锚管沿内侧管顶、管底和内壁两侧共布设四条监测带，横剖面中监测点将锁脚锚管四等分；通过安装辅助设备将监测光纤安装至布设点位；将光信号传递至光收发模块；信号处理系统对光收发模块中的信息进行处理以获取锁脚锚管的应力应变状态。本发明可高效完成锁脚锚管的内力测量，且便于施工、可靠性强，既保证了锚管自身结构的完整性，又提升了监测结果的准确性。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及于台阶法隧道支护工程中锁脚锚管结构的受力特性测试。

背景技术

隧道工程支护结构受力复杂，支护体系一般包括超前支护、初期支护及二次衬砌。初期支护作为隧道工程最重要的一道受力结构，其承载能力直接决定了隧道施工及运营过程中的安全程度。在采用台阶法开挖时，中下台阶开挖在短期内造成上台阶的钢拱架悬空、导致初期支护暂时缺失，可能引发地层出现超过允许范围的过度变形。锁脚锚管打设于钢拱架拱脚部位，可有效抑制初期支护过程中由于台阶开挖导致钢架悬空、支护不足引起的地层变形，广泛应用于软弱围岩及地层变形控制严格的隧道工程中。

尽管锁脚锚管在软弱围岩中支护体系的变形控制能力已为工程界所认可，目前对锁脚锚管受力机制的认识仍然较大不足，实际工程中多采用经验设计。这其中的主要原因之一即为锁脚锚管的受力特征较难测定。目前针对锁脚锚管的现场测试方法尚不成熟，主要以在锁脚锚管外侧贴设应变片或光栅光纤测力，这种布设方法存在两个问题：（1）由于钻孔孔径与锁脚锚管外径极为接近，锁脚锚管插入钻孔过程中，直接粘贴于锁脚锚管外侧的测试元件常被围岩剐蹭破坏、导致监测元器件失效；（2）为了使监测元器件顺利走线、且使其和锁脚锚管能较好的粘合并避免元器件线路损伤，常在锁脚锚管外侧打磨沟槽，不仅增加施工难度，且导致监测元器件走线处的锚管壁厚减小，其受力特性会因此发生改变；若沟槽较浅，则难以确保锁脚锚管打设过程中监测元器件不被岩壁剐蹭、导致线路破损。因此，为深入研究锁脚锚管的受力特性，有必要开发新型的锚管力学特性测试方法。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供一种隧道支护体系锁脚锚管的内力测量装置及方法。

技术方案：本发明人的隧道支护体系锁脚锚管的内力测量装置，用于台阶法隧道开挖支护结构锁脚锚管的内力测量，包括监测结构与安装辅助设备，

所述监测结构包括细条状硬板、监测光纤、尾纤接头、光收发模块和信号处理系统，所述监测光纤粘贴于细条状硬板上呈U型环路，光收发模块通过尾纤接头采集信息传送至信号处理系统分析结果；

所述安装辅助设备包括预制管盖、内衬软管和充气装置，所述TPU内衬软管用于填充锁脚锚管，所述预制管盖用于封堵锁脚锚管的两端，所述预制管盖安装在内衬软管的两端，所述充气装置经软管穿过一端的管盖与内衬软管连通。

使用时，

（1）监测结构由条状亚克力板（4m×1cm×3mm）、光纤、尾纤接头、光收发模块和信号处理系统构成；亚克力板顶端预留小孔，板面一侧涂胶，胶水优选为航空航天专用胶，简称航空胶或航空胶；光纤粘贴于亚克力板上呈“U”型环路，光收发模块通过尾纤接头采集信息传送至信号处理系统分析结果。