鉆孔內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】本發明鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設置在抬動觀測孔(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并進行抬動變形觀測，具備安裝簡便、測量精確、裝置易于回收再利用等優點。同時由于設置了多重保護機制防止抬動觀測裝置失效，因而具有很強的可靠性能。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水利水電工程灌漿安全監測【技術領域】，具體地指一種鉆孔內埋式任意 球徑向灌漿抬動變形觀測裝置。 鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置
【背景技術】
[0002] 隨著我國水利水電工程建設的高速推進，用于基礎處理和結構補強的灌漿技術得 到廣泛應用。但是，與之配套的抬動變形觀測技術特別是核心觀測裝置基本沒有改進。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、鉆孔內埋式裝置（以下簡稱 常規裝置），其主要功能為在灌漿時監測巖體或結構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、常規壩基固結灌漿等工程灌漿）埋設、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 固結灌漿、頂拱回填灌漿等工程灌漿），需要監測斜向下方的抬動變形，即要求在任意球徑 向埋設抬動裝置，工程實踐中尚無可靠的變形觀測裝置供大規模采用。若直接采用垂直向 下、鉆孔內埋式的常規裝置則存在如下問題：
[0003] (1)當埋設方向為近似水平或任意向上仰時，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行有效填充，難以有效 阻隔通過鉆孔裂隙滲入孔內的水泥漿液，從而導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孔段并形成孔底隔 漿段。
[0006] (4)外套管、內測桿在重力作用下易從安裝孔內自動脫落。
[0007] 上述任何一種安裝缺陷均會導致該抬動觀測裝置失效。
[0008] 因此，以往通常采用的垂直向下、鉆孔內埋式裝置無法應用于陡傾、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，以適應工程大規模應用的需要。
【發明內容】
[0009] 針對現有技術的不足，本發明提供了一種鉆孔內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、使用過程可靠穩定、測量數 據精度高等特點；同時該裝置可在狹窄有限的空間內埋設，且安裝過程便捷、高效。
[0010] 本發明的技術方案是通過如下措施來達到：鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形 觀測裝置，包括設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，所述錨固段內有水泥漿液。 toon] 在上述技術方案中，所述阻漿塞由中心設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] 在上述技術方案中，所述阻漿塞下方測桿的桿壁上開有泄漿孔。泄漿孔可使注入 測桿內的水泥漿液更暢通、快速地分散開并流入抬動觀測孔的孔底。
[0013] 在上述技術方案中，在所述阻漿塞朝抬動觀測孔孔口方向以上設有套管，且所述 套管通長嵌套在測桿外周。當孔內發生串漿時，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果不受到影響。
[0014] 在上述技術方案中，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。常規觀測裝置在該部位使用粘土或者黃油用于隔漿，由于其強度 一般較低，易被串漿后高壓漿液擊穿破壞，當漿液進入套管內部并將其與測桿焊為整體后， 將最終導致抬動觀測裝置失效；而此處通過使用結構強度較高的防滲土工膜，可有效提高 抬動觀測的有效性，同時實現了在不依靠自重的作用下，沿任意向對套管底部一段進行填 充并形成孔底隔漿段的目的。
[0015] 在上述技術方案中，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 成后逐段反轉絲扣后從抬動觀測孔中取出回收。此舉一方面適應于在有限空間進行觀測裝 置安裝，同時也便于觀測裝置的后期再利用。
[0016] 在上述技術方案中，所述套管外壁通長纏繞防滲土工膜。當孔內發生串漿時，常規 裝置采用的粉細砂因自身結構松散，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，同時也實現了在不依靠 自重的作用下，沿任意向對孔壁縫隙進行填充并形成孔壁隔漿體的目的。
[0017] 在上述技術方案中，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] 本發明的設計原理為：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生相對測桿的位移后，可通過孔口安裝的千分表準確 觀測。
[0020] 與現有技術相比，本發明對抬動變形觀測的核心裝置做了重大改進，優勢明顯，效 果積極，具有以下優點：
[0021] (1)可沿任意球徑向埋設。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、測桿鉆鑿泄漿孔、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。而常規裝置只能 適用于垂直工作面向下鉆孔灌漿時埋設。
[0022] (2)可靠性更好。當鉆孔內發生串漿時，套管外的防滲土工膜可有效阻隔漿液進入 孔內抱死套管和測桿，防止抬動觀測裝置失效。而常規裝置采用的粉細砂則存在阻隔漿液 失效的可能性，可靠性相對較差。另外，常規裝置孔底采用粘土或石膏黃油進行隔漿，由于 其強度一般較低，易被高壓漿液擊穿破壞，從而導致套管、測桿與基巖焊為整體，出現抬動 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漿液凝固抱 死情況的出現，觀測完成后，可逐段反轉絲扣后拉出回收利用。而常規裝置則存在外套管與 漿液局部凝固導致回收困難或整體報廢的情況。
[0024] (4)安裝更簡便，容易控制質量。安裝時直接采用市場出售的防滲土工膜、鋼套管、 測桿等標準件（材料），工序相對簡單，安裝程序標準化，容易控制質量。而常規裝置安裝時 還需另外熬制石膏黃油或搓制粘土球以及注水下沙等，工序復雜，安裝質量難以控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明第一個實施例安裝完成后的完整結構示意圖（水平方向）；
[0026] 圖2為圖1中I處放大結構示意圖；
[0027] 圖3為圖1中A-A處剖視結構示意圖；
[0028] 圖4為圖1中B-B處剖視結構示意圖；
[0029] 圖5為圖1中C-C處剖視結構示意圖；
[0030] 圖6為本發明第一個實施例安裝過程中的孔內結構示意圖（水平方向）；
[0031] 圖7為測桿、套管及防滲土工膜分段連接結構示意圖；
[0032] 圖8為圖7中D-D處剖視結構示意圖；
[0033] 圖9為本發明第二個實施例安裝完成后的完整結構示意圖（垂直向上方向）。
[0034] 圖中：1.抬動觀測孔，2.測桿（或稱內測桿），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.泄漿孔，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，圖中箭頭所示方向為水泥漿液流向。
【具體實施方式】
[0035] 以下結合附圖詳細說明本發明的實施情況，但它們并不構成對本發明的限定，僅 作舉例而已。同時通過以下說明，本發明的優點將變得更加清楚和容易理解。
[0036] 參閱附圖可知：本發明鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設置 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 開有泄漿孔6。在所述阻漿塞3朝抬動觀測孔1孔口方向以上設有套管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] 本發明鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置的第一個實施例以抬動觀 測裝置按照水平方向埋設且鉆孔孔徑為Φ76_作為示例，如圖6所示。套管4、測桿2等相 關設備的規格相應與之配套。實施步驟包括：
[0040] 步驟1).根據觀測需要沿水平方向鉆設抬動觀測孔1
[0041] 根據需要，采用地質鉆或潛孔鉆沿水平方向鉆設抬動觀測孔1，入巖孔深一般 > 15m。抬動觀測孔1完成并經檢驗合格后，用風壓將孔內水揚出吹干。
[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 之間部位開泄漿孔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。
[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也應分段纏繞并相互重疊搭接，相鄰段搭接處以及各段內每50cm應利用鐵 絲或生膠帶5. 3對防滲土工膜5進行一次綁扎固定，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 機相連。隨后調節合適的泵送壓力，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等設備。調試完成后采用人工或連接自動報警裝置進行抬動變形觀測。
[0052] 本發明的第二個實施例以按照垂直向上方向埋設且鉆孔孔徑為Φ76πιπι作為示 例，如圖9所示。其他任意方向或孔徑的裝置埋設與此類似。
[0053] 本實施例的實施步驟與第一個實施例基本相同，區別僅在于步驟1)調整為"根據 觀測需要沿垂直向上方向鉆設抬動觀測孔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] 其它未詳細說明的部分均為現有技術。
【權利要求】
1. 一種鉆孔內埋式任意球徑向灌漿抬動變形觀測裝置，包括設置在抬動觀測孔（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)，所述錨固段內有水泥漿液（7)。
2. 根據權利要求1所述的鉆孔內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. 根據權利要求1所述的鉆孔內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)的桿壁上開有泄漿孔（6)。
4. 根據權利要求2或3所述的鉆孔內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孔口方向以上設有套管（4)，且所述套管⑷通 長嵌套在測桿（2)外周。
5. 根據權利要求4所述的鉆孔內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. 根據權利要求4或5所述的鉆孔內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. 根據權利要求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. 根據權利要求7所述的鉆孔內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. 根據權利要求8所述的鉆孔內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 優先權日:2014年6月9日
【發明者】徐年豐, 施華堂, 王漢輝, 李洪斌, 鄒德兵, 樊少鵬, 丁剛, 劉權慶, 黃小艷, 肖碧, 王公彬, 盧增木 申請人:長江勘測規劃設計研究有限責任公司
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