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鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設(shè)置在抬動觀測孔(1)中的測桿(2)，所述測桿(2)的一端位于抬動觀測孔(1)孔口外，所述測桿(2)的外端部依次穿過鋼板(15)和表座(16)后與連接桿架(11)相連，所述測桿(2)為與抬動觀測孔(1)的孔底接觸的空心管，所述測桿(2)下部的桿壁上有阻漿塞(3)，所述阻漿塞(3)密封抬動觀測孔(1)內(nèi)壁，所述阻漿塞(3)至抬動觀測孔(1)的孔底為測桿(2)的錨固段(17)。該裝置可沿任意球徑向埋設(shè)并進(jìn)行抬動變形觀測，具備安裝簡便、測量精確、裝置易于回收再利用等優(yōu)點(diǎn)。同時由于設(shè)置了多重保護(hù)機(jī)制防止抬動觀測裝置失效，因而具有很強(qiáng)的可靠性能。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水利水電工程灌漿安全監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地指一種鉆孔內(nèi)埋式任意 球徑向灌漿抬動變形觀測裝置。 鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國水利水電工程建設(shè)的高速推進(jìn)，用于基礎(chǔ)處理和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的灌漿技術(shù)得 到廣泛應(yīng)用。但是，與之配套的抬動變形觀測技術(shù)特別是核心觀測裝置基本沒有改進(jìn)。目 前灌漿工程中廣泛采用的抬動變形觀測裝置主要為垂直向下、鉆孔內(nèi)埋式裝置（以下簡稱 常規(guī)裝置），其主要功能為在灌漿時監(jiān)測巖體或結(jié)構(gòu)垂直向上的抬動變形，一般只適用于垂 直工作面向下鉆孔灌漿時（如帷幕灌漿、常規(guī)壩基固結(jié)灌漿等工程灌漿）埋設(shè)、觀測。而對 陡傾、直立巖面和任意上仰方向灌漿時（如高拱壩斜坡壩段基巖灌漿、地下廠房洞室圍巖 固結(jié)灌漿、頂拱回填灌漿等工程灌漿），需要監(jiān)測斜向下方的抬動變形，即要求在任意球徑 向埋設(shè)抬動裝置，工程實(shí)踐中尚無可靠的變形觀測裝置供大規(guī)模采用。若直接采用垂直向 下、鉆孔內(nèi)埋式的常規(guī)裝置則存在如下問題：
[0003] (1)當(dāng)埋設(shè)方向?yàn)榻扑交蛉我庀蛏涎鰰r，孔底錨固砂漿（或水泥漿）難以通過 拋投（或自流）的方式在自重作用下進(jìn)入孔底凝固，不能形成可靠錨固段。
[0004] (2)外套管和巖壁之間的縫隙不能采用注水下砂的方式進(jìn)行有效填充，難以有效 阻隔通過鉆孔裂隙滲入孔內(nèi)的水泥漿液，從而導(dǎo)致外套管與巖體抱死。
[0005] (3)起孔底隔漿作用的粘土或黃油不能在自重作用下充滿相應(yīng)孔段并形成孔底隔 漿段。
[0006] (4)外套管、內(nèi)測桿在重力作用下易從安裝孔內(nèi)自動脫落。
[0007] 上述任何一種安裝缺陷均會導(dǎo)致該抬動觀測裝置失效。
[0008] 因此，以往通常采用的垂直向下、鉆孔內(nèi)埋式裝置無法應(yīng)用于陡傾、直立巖面灌漿 或任意上仰方向灌漿抬動變形觀測，亟待研究出一種能在任意球徑向安裝觀測的抬動變形 裝置，以適應(yīng)工程大規(guī)模應(yīng)用的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀 測裝置。該裝置在功能上具備觀測任意球徑向的灌漿抬動變形、使用過程可靠穩(wěn)定、測量數(shù) 據(jù)精度高等特點(diǎn)；同時該裝置可在狹窄有限的空間內(nèi)埋設(shè)，且安裝過程便捷、高效。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下措施來達(dá)到：鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形 觀測裝置，包括設(shè)置在抬動觀測孔中的測桿，所述測桿的一端位于抬動觀測孔孔口外，所述 測桿的外端部漸次安裝鋼板、磁性表座以及連接桿架，所述連接桿架另一端與千分表相連， 所述千分表設(shè)置于抬動觀測孔孔口旁的混凝土墩上，其特征之處在于：所述測桿為與抬動 觀測孔的孔底接觸的空心管，所述測桿下部的桿壁上有阻漿塞，所述阻漿塞密封抬動觀測 孔內(nèi)壁，所述阻漿塞至抬動觀測孔的孔底為測桿的錨固段，所述錨固段內(nèi)有水泥漿液。 toon] 在上述技術(shù)方案中，所述阻漿塞由中心設(shè)有供測桿穿過的通孔的圓形鋼板和向所 述圓形鋼板的邊緣處纏繞的防滲土工膜組成。通過圓形鋼板的隔擋性和防滲土工膜的周圈 密封性，阻漿塞和抬動觀測孔的孔壁邊界可形成完備的密閉空間，使得通過測桿注入的水 泥漿液封閉于阻漿塞下部。
[0012] 在上述技術(shù)方案中，所述阻漿塞下方測桿的桿壁上開有泄?jié){孔。泄?jié){孔可使注入 測桿內(nèi)的水泥漿液更暢通、快速地分散開并流入抬動觀測孔的孔底。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，在所述阻漿塞朝抬動觀測孔孔口方向以上設(shè)有套管，且所述 套管通長嵌套在測桿外周。當(dāng)孔內(nèi)發(fā)生串漿時，套管作為巖壁和測桿之間隔漿體，可有效避 免巖壁與測桿通長被漿液焊接為整體，從而確保抬動值觀測結(jié)果不受到影響。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，所述套管底端與阻漿塞之間具有空腔，所述套管與阻漿塞通 過防滲土工膜凸起隔開。常規(guī)觀測裝置在該部位使用粘土或者黃油用于隔漿，由于其強(qiáng)度 一般較低，易被串漿后高壓漿液擊穿破壞，當(dāng)漿液進(jìn)入套管內(nèi)部并將其與測桿焊為整體后， 將最終導(dǎo)致抬動觀測裝置失效；而此處通過使用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高的防滲土工膜，可有效提高 抬動觀測的有效性，同時實(shí)現(xiàn)了在不依靠自重的作用下，沿任意向?qū)μ坠艿撞恳欢芜M(jìn)行填 充并形成孔底隔漿段的目的。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，所述測桿和套管由多個分段通過絲扣連接組成。以便觀測完 成后逐段反轉(zhuǎn)絲扣后從抬動觀測孔中取出回收。此舉一方面適應(yīng)于在有限空間進(jìn)行觀測裝 置安裝，同時也便于觀測裝置的后期再利用。
[0016] 在上述技術(shù)方案中，所述套管外壁通長纏繞防滲土工膜。當(dāng)孔內(nèi)發(fā)生串漿時，常規(guī) 裝置采用的粉細(xì)砂因自身結(jié)構(gòu)松散，存在隔漿失效的可能性，可靠性相對較差；而套管外的 防滲土工膜能更有效阻隔漿液抱死套管，防止抬動觀測裝置失效，同時也實(shí)現(xiàn)了在不依靠 自重的作用下，沿任意向?qū)妆诳p隙進(jìn)行填充并形成孔壁隔漿體的目的。
[0017] 在上述技術(shù)方案中，所述套管外壁的防滲土工膜分段纏繞并相互重疊搭接，各相 鄰段搭接處通過鐵絲或生膠帶對防滲土工膜綁扎固定。由于測桿和套管均為分段連接，則 防滲土工膜也相應(yīng)地分段纏繞在套管外壁，并妥善固定以方便安裝。
[0018] 在上述技術(shù)方案中，所述套管在抬動觀測孔的孔口處通過膨脹螺栓固定在巖面 上。膨脹螺栓將套管固定在觀測孔的孔口的巖壁上，確保套管不會自孔中滑落。
[0019] 本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理為：沿任意球徑向鉆抬動觀測孔，將空心的測桿放入抬動觀測 孔，在測桿靠近孔底部位焊接圓形鋼板，纏繞防滲土工膜，形成阻漿塞。利用阻漿塞和孔壁 (底）形成的邊界，保證在任何角度下（包括上仰）注入孔底的水泥漿液均能凝固形成錨固 段，并兼有隔漿作用。測桿錨固在抬動觀測孔孔底，作為絕對不動端。外套管纏繞防滲土工 膜后逐段下入觀測孔中，以此作為隔漿體來保護(hù)測桿、套管二者與基巖不被水泥漿鑄死。工 程灌漿時，基巖受灌漿壓力的作用產(chǎn)生相對測桿的位移后，可通過孔口安裝的千分表準(zhǔn)確 觀測。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對抬動變形觀測的核心裝置做了重大改進(jìn)，優(yōu)勢明顯，效 果積極，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0021] (1)可沿任意球徑向埋設(shè)。通過在測桿靠近孔底部位焊接圓形鋼板及纏繞土工膜 形成阻漿塞、在外套管通長纏繞防滲土工膜、測桿鉆鑿泄?jié){孔、孔口套管焊接圓形鋼板和采 用膨脹螺栓等措施保證了在任何角度下（即空間球徑向）均能可靠安裝。而常規(guī)裝置只能 適用于垂直工作面向下鉆孔灌漿時埋設(shè)。
[0022] (2)可靠性更好。當(dāng)鉆孔內(nèi)發(fā)生串漿時，套管外的防滲土工膜可有效阻隔漿液進(jìn)入 孔內(nèi)抱死套管和測桿，防止抬動觀測裝置失效。而常規(guī)裝置采用的粉細(xì)砂則存在阻隔漿液 失效的可能性，可靠性相對較差。另外，常規(guī)裝置孔底采用粘土或石膏黃油進(jìn)行隔漿，由于 其強(qiáng)度一般較低，易被高壓漿液擊穿破壞，從而導(dǎo)致套管、測桿與基巖焊為整體，出現(xiàn)抬動 觀測裝置失效的情況。
[0023] (3)易回收利用。沿外套管纏繞的防滲土工膜可有效防止套管與孔內(nèi)漿液凝固抱 死情況的出現(xiàn)，觀測完成后，可逐段反轉(zhuǎn)絲扣后拉出回收利用。而常規(guī)裝置則存在外套管與 漿液局部凝固導(dǎo)致回收困難或整體報(bào)廢的情況。
[0024] (4)安裝更簡便，容易控制質(zhì)量。安裝時直接采用市場出售的防滲土工膜、鋼套管、 測桿等標(biāo)準(zhǔn)件（材料），工序相對簡單，安裝程序標(biāo)準(zhǔn)化，容易控制質(zhì)量。而常規(guī)裝置安裝時 還需另外熬制石膏黃油或搓制粘土球以及注水下沙等，工序復(fù)雜，安裝質(zhì)量難以控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明第一個實(shí)施例安裝完成后的完整結(jié)構(gòu)示意圖（水平方向）；
[0026] 圖2為圖1中I處放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3為圖1中A-A處剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖4為圖1中B-B處剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖5為圖1中C-C處剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖6為本發(fā)明第一個實(shí)施例安裝過程中的孔內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖（水平方向）；
[0031] 圖7為測桿、套管及防滲土工膜分段連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖8為圖7中D-D處剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖9為本發(fā)明第二個實(shí)施例安裝完成后的完整結(jié)構(gòu)示意圖（垂直向上方向）。
[0034] 圖中：1.抬動觀測孔，2.測桿（或稱內(nèi)測桿），2.1.第η段測桿，2.2.第n+1段 測桿，2. 3.測桿絲扣，3.阻漿塞，4.套管（或稱外套管），4.1.第η段套管，4.2.第n+1段 套管，4. 3.套管絲扣，5.防滲土工膜，5.1.第η段防滲土工膜，5. 2.第n+1段防滲土工膜， 5. 3.鐵絲或生膠帶，6.泄?jié){孔，7.水泥漿液，8.塑料軟管，9.棉紗，10.膨脹螺栓，11.連接 桿架，12.混凝土墩，13.玻璃板，14.千分表，15.鋼板，16.磁性表座，17.錨固段，18.空腔， 19.防滲土工膜凸起，G.巖面，圖中箭頭所示方向?yàn)樗酀{液流向。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅 作舉例而已。同時通過以下說明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。
[0036] 參閱附圖可知：本發(fā)明鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設(shè)置 在抬動觀測孔1中的測桿2,所述測桿2的一端位于抬動觀測孔1孔口外，所述測桿2的外 端部漸次安裝鋼板15、磁性表座16以及連接桿架11，所述連接桿架11另一端與千分表14 相連，所述千分表14設(shè)置于抬動觀測孔1孔口旁的混凝土墩12上，其特征在于：所述測桿 2為與抬動觀測孔1的孔底接觸的空心管，所述測桿2下部的桿壁上有阻漿塞3,所述阻漿 塞3密封抬動觀測孔1內(nèi)壁，所述阻漿塞3至抬動觀測孔1的孔底為測桿2的錨固段17,所 述錨固段內(nèi)有水泥漿液7(如圖1、圖6、圖9所示）。
[0037] 具體的，所述阻漿塞3由中心設(shè)有供測桿2穿過的通孔的圓形鋼板和向所述圓形 鋼板的邊緣處纏繞防滲土工膜5組成（如圖3所示）。所述阻漿塞3下方測桿2的桿壁上 開有泄?jié){孔6。在所述阻漿塞3朝抬動觀測孔1孔口方向以上設(shè)有套管4,且所述套管4通 長嵌套在測桿2外周（如圖1、圖2、圖9所示）。
[0038] 所述套管4底端與阻漿塞3之間具有空腔18,所述套管4與阻漿塞3通過防滲土 工膜凸起19隔開（如圖1、圖2所示）。所述測桿2和套管4由多個分段通過絲扣連接組 成。所述套管4外壁通長纏繞防滲土工膜5。所述套管4外壁的防滲土工膜5分段纏繞并 相互重疊搭接，各段接口處通過鐵絲或生膠帶5. 3對防滲土工膜5綁扎固定（如圖7、圖8 所示）。所述套管4在抬動觀測孔1的孔口處通過膨脹螺栓10固定在巖面G上（如圖9所 示）。
[0039] 本發(fā)明鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置的第一個實(shí)施例以抬動觀 測裝置按照水平方向埋設(shè)且鉆孔孔徑為Φ76_作為示例，如圖6所示。套管4、測桿2等相 關(guān)設(shè)備的規(guī)格相應(yīng)與之配套。實(shí)施步驟包括：
[0040] 步驟1).根據(jù)觀測需要沿水平方向鉆設(shè)抬動觀測孔1
[0041] 根據(jù)需要，采用地質(zhì)鉆或潛孔鉆沿水平方向鉆設(shè)抬動觀測孔1，入巖孔深一般 > 15m。抬動觀測孔1完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，用風(fēng)壓將孔內(nèi)水揚(yáng)出吹干。
[0042] 步驟2).測桿2、阻漿塞3和套管4加工、安裝
[0043] 測桿2由C>25mm薄壁空心鋼管制成；阻楽塞3主體由直徑為65mm的圓形鋼板制 成，且中心加工有直徑略大于測桿2圓孔，同時在圓形鋼板邊緣處纏繞防滲土工膜5。
[0044] 阻漿塞3在距離測桿2底部lm處與測桿2外壁焊接。測桿2位于孔底和阻漿塞3 之間部位開泄?jié){孔6以用于后期灌注錨固水泥漿液7。在阻漿塞3朝向孔口方向的約0. 3m 一段繼續(xù)纏繞多層防滲土工膜5,且要求沿阻漿塞3徑向纏繞成朝向測桿2的防滲土工膜凸 起19,并用多道鐵絲或生膠帶5. 3扎緊。
[0045] 套管4采用Φ60_鋼管制成，通過嵌套方式安裝在在測桿2外。套管4底端與阻 漿塞3之間具有空腔18,套管4與阻漿塞3通過防滲土工膜凸起19隔開，且套管4管底防 滲土工膜凸起19緊密接觸并使之壓實(shí)。
[0046] 待以上測桿2、阻漿塞3和套管4加工及組裝完成后，整體插入抬動觀測孔1中，并 用棉紗9封堵孔口。完成后的套管在抬動觀測孔1孔口外露15cm，測桿2在抬動觀測孔1 孔口外露20cm。
[0047] 特別地，考慮到安裝空間一般有限，同時為便于觀測裝置的后期回收再利用，測桿 2及套管4應(yīng)分段加工、分段整體下插，并宜采用正反扣方式連接。如圖7和圖8所示，第η 段測桿2. 1與第η+1段測桿2. 2通過測桿絲扣2. 3連接，同時第η段套管4. 1與第η+1段 套管4. 2通過套管絲扣4. 3連接。相應(yīng)的，套管外壁的第η段防滲土工膜5. 1與第η+1段 防滲土工膜5. 2也應(yīng)分段纏繞并相互重疊搭接，相鄰段搭接處以及各段內(nèi)每50cm應(yīng)利用鐵 絲或生膠帶5. 3對防滲土工膜5進(jìn)行一次綁扎固定，以利于安裝。
[0048] 步驟3).錨固段17注漿及待凝
[0049] 測桿2在抬動觀測孔1孔口外露端接一塑料軟管8,同時將塑料軟管8另一端與泵 機(jī)相連。隨后調(diào)節(jié)合適的泵送壓力，開始向抬動觀測孔1孔底注入水泥漿液7,當(dāng)量測到注 漿量與錨固段17體積接近時停止注漿，注漿完畢后待凝24h，最終形成約lm段長的錨固段 17。
[0050] 步驟4).抬動觀測孔1孔口儀器安裝及觀測
[0051] 在巖面G上立模澆筑混凝土墩12,安裝玻璃板13、千分表14,鋼板15,磁性表座 16,連接桿架11等設(shè)備。調(diào)試完成后采用人工或連接自動報(bào)警裝置進(jìn)行抬動變形觀測。
[0052] 本發(fā)明的第二個實(shí)施例以按照垂直向上方向埋設(shè)且鉆孔孔徑為Φ76πιπι作為示 例，如圖9所示。其他任意方向或孔徑的裝置埋設(shè)與此類似。
[0053] 本實(shí)施例的實(shí)施步驟與第一個實(shí)施例基本相同，區(qū)別僅在于步驟1)調(diào)整為"根據(jù) 觀測需要沿垂直向上方向鉆設(shè)抬動觀測孔1";步驟2與步驟3之間還包括"套管端部固定" 的步驟：
[0054] 當(dāng)抬動觀測孔1的角度為上仰或垂直向上時，須在套管4的孔口外露段額外焊接 一環(huán)形鋼片，采用膨脹螺栓10將套管4固定于巖面G上。
[0055] 其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設(shè)置在抬動觀測孔（1)中 的測桿（2)，所述測桿（2)的一端位于抬動觀測孔（1)孔口外，所述測桿（2)的外端部漸 次安裝鋼板（15)、磁性表座（16)以及連接桿架（11)，所述連接桿架（11)另一端與千分表 (14)相連，所述千分表（14)設(shè)置于抬動觀測孔（1)孔口旁的混凝土墩（12)上，其特征在 于：所述測桿⑵為與抬動觀測孔⑴的孔底接觸的空心管，所述測桿⑵下部的桿壁上有 阻漿塞（3)，所述阻漿塞（3)密封抬動觀測孔（1)內(nèi)壁，所述阻漿塞（3)至抬動觀測孔（1) 的孔底為測桿（2)的錨固段（17)，所述錨固段內(nèi)有水泥漿液（7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在 于：所述阻漿塞（3)由中心設(shè)有供測桿（2)穿過的通孔的圓形鋼板和向所述圓形鋼板的邊 緣處纏繞防滲土工膜（5)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在 于：所述阻漿塞（3)下方測桿（2)的桿壁上開有泄?jié){孔（6)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征 在于：在所述阻漿塞（3)朝抬動觀測孔⑴孔口方向以上設(shè)有套管（4)，且所述套管⑷通 長嵌套在測桿（2)外周。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在 于：所述套管（4)底端與阻漿塞（3)之間具有空腔（18)，所述套管（4)與阻漿塞（3)通過 防滲土工膜凸起（19)隔開。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征 在于：所述測桿（2)和套管（4)由多個分段通過絲扣連接組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在于：所述套管 (4)外壁通長纏繞防滲土工膜（5)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在 于：所述套管（4)外壁的防滲土工膜（5)分段纏繞并相互重疊搭接，各段接口處通過鐵絲或 生膠帶（5. 3)對防滲土工膜（5)綁扎固定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆孔內(nèi)埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，其特征在 于：所述套管（4)在抬動觀測孔（1)的孔口處通過膨脹螺栓（10)固定在巖面（G)上。
【文檔編號】G01B5/30GK104061845SQ201410252634
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】徐年豐, 施華堂, 王漢輝, 李洪斌, 鄒德兵, 樊少鵬, 丁剛, 劉權(quán)慶, 黃小艷, 肖碧, 王公彬, 盧增木 申請人:長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司