一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统的制作方法

本发明属于隧道施工领域，尤其涉及一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统。

背景技术：

1、目前，隧道开挖施工过程中，受分洪隧洞周围地质条件限制及影响，偶遇红层软岩时有发生。洞段穿越白垩系桂林组下段红层碎屑岩，主要岩性包括砂岩、岩屑砂岩、泥质粉砂岩、砾岩、含砾砂岩，局部发育粘土岩软弱夹层。由于红层软岩富含水、密度低、渗透性强和压缩强度大等特点，使得隧道开挖穿越该地层成洞形变大易坍塌，不利于隧洞围岩的稳定，极易造成隧洞变形甚至坍塌地质灾害。因此，亟需一种红层软岩成洞质量监测及预警系统来解决存在的技术缺陷。

技术实现思路

1、为了克服已有技术的不足，为了解决隧洞开挖施工过程中，红层软岩导致成洞质量低，后期隧洞维护和评估隧道使用周期，监测隧洞支护结构的稳定性问题，本发明提供了一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，能够及时干预和预警红层软岩对隧洞破坏，实现远程智能实时监控隧洞形变和预防地质灾害预警处置，规避隧洞围岩坍塌造成的地质灾害。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，包括掌子面监测点位、支护结构监测装置和监测预警系统，所述掌子面监测点位是沿着隧洞掌子面上布置的点位，所述掌子面监测点位与隧洞深部围岩相接，监测隧洞成洞质量；所述支护结构监测装置位于掌子面监测点位四周，在隧洞围岩内部埋设所述监测装置，与支护框架相连接，所述支护结构监测装置包括多点位移监测装置、锚索测力监测装置、锚杆应力监测装置、钢筋监测装置、渗压监测装置和测缝监测装置，多点位移监测装置、渗压监测装置和测缝监测装置埋设在掌子面监测点位的围岩中，锚索测力监测装置、锚杆应力监测装置和钢筋监测装置布置在支护框架上，采集隧洞形变和支护结构强度数据；所述监测预警系统布置在掌子面上，所述监测预警系统连接支护结构监测装置，监测预警系统缆线埋设在隧洞围岩中，实现远程智能实时监控隧洞形变和预防地质灾害预警处置。

4、进一步，所述多点位移监测装置包括位移传感器固定座、侧杆、锚头和灌注水泥浆，位移传感器固定座位于多点位移监测装置末端，埋设在围岩长度为a，直径为b的圆形孔洞中；侧杆和锚头相连接，侧杆和锚头埋设在直接为c的孔洞中，并用灌注水泥浆固定。

5、所述锚索测力监测装置包括测力计、钢绞线、锚具、测力计上垫板、电源及信号线、测力计下垫板、钢垫板和混凝土垫座，测力计位于测力计上垫板和测力计下垫板之间，测力计上垫板前置为锚具，钢绞线位于锚杆测力监测装置中间，穿过钢垫板和混凝土垫座；锚杆应力监测装置是由位移传感器固定座，侧杆，锚头和灌注水泥浆组成，位移传感器固定座位于多点位移监测装置末端，埋设在围岩长度为a，直径为b的圆形孔洞中；侧杆和锚头相连接，侧杆和锚头埋设在直径为c的孔洞中，并用灌注水泥浆固定。

6、所述锚杆应力监测装置包括锚杆应力计、锚杆和水泥砂浆，锚杆应力计连接在锚杆上，埋设于围岩开挖面内，用水泥砂浆进行全孔灌浆。

7、所述钢筋监测装置布置在支护框架上，包括左侧钢筋计，洞口上钢筋计，右侧钢筋计，右下钢筋计，洞口下钢筋计和左下钢筋计。

8、所述渗压监测装置包括渗压传感器、土工布、细砂、粗砂、渗压计电源及信号线和混凝土衬砌，渗压传感器用土工布和细砂进行包裹，并埋设在隧洞围岩钻孔中，再由粗砂填充孔洞内和水泥砂浆封住孔口，渗压计电源及信号线延伸出孔口。

9、所述测缝监测装置包括衬砌砼、支撑三脚架、测缝电源及信号线，预拉垫板、测缝计和水泥砂浆，支撑三脚架和预拉垫板相连接，在预拉垫板中延伸出测缝电源及信号线，并埋设于衬砌砼中，预拉垫板右侧连接测缝计，测缝监测装置右侧用水泥砂浆封堵。

10、所述监测预警系统包括数据采集及信号发射装置、远端信号接收器、预警灯及响铃和监测供电电源，数据采集及信号发射装置多串口连接多点位移监测装置,测缝监测装置,渗压监测装置,锚杆应力监测装置和锚索测力监测装置，同时各个监测装置并联预警灯及响铃和监测供电电源，数据采集及信号发射装置和远端信号接收器通过网络信号连接和传输数据，并在远端信号接收器实时存储和分析监测装置采集得到数据，分析隧洞支护结构的稳定性和及时预警隧洞形变地质灾害。

11、优选的，所述掌子面监测点位是由左侧监测点，左上监测点，正上监测点，右上监测点和右侧监测点构成。

12、本发明的有益效果主要表现在：

13、1、通过隧洞掌子面布设监测点位，可根据红层软岩的位置调整监测点位，使得隧洞灾害易发位置更准确定位监测；

14、2、采用支护结构多种监测装置，包括多点位移监测装置，锚索测力监测装置，锚杆应力监测装置，渗压监测装置和测缝监测装置，更全面监测隧洞的支护结构的实时状况，根据监测数据可及时干预处置和加固措施实行。

15、3、实行监测预警系统，实时采集隧洞内各个监测装置数据，通过各个时段监测数据比对，预测隧洞变形趋势，尤其针对暴雨等恶劣天气，对隧洞状况实时监测显得尤为重要，及时预警和评估隧洞内各个红层软岩的围岩结构稳定性，规避隧洞地质灾害发生。

技术特征：

1.一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，包括掌子面监测点位、支护结构监测装置和监测预警系统，所述掌子面监测点位是沿着隧洞掌子面上布置的点位，所述掌子面监测点位与隧洞深部围岩相接，监测隧洞成洞质量；所述支护结构监测装置位于掌子面监测点位四周，在隧洞围岩内部埋设所述监测装置，与支护框架相连接，所述支护结构监测装置包括多点位移监测装置、锚索测力监测装置、锚杆应力监测装置、钢筋监测装置、渗压监测装置和测缝监测装置，多点位移监测装置、渗压监测装置和测缝监测装置埋设在掌子面监测点位的围岩中，锚索测力监测装置、锚杆应力监测装置和钢筋监测装置布置在支护框架上，采集隧洞形变和支护结构强度数据；所述监测预警系统布置在掌子面上，所述监测预警系统连接支护结构监测装置，监测预警系统缆线埋设在隧洞围岩中，实现远程智能实时监控隧洞形变和预防地质灾害预警处置。

2.如权利要求1所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述多点位移监测装置包括位移传感器固定座、侧杆、锚头和灌注水泥浆，位移传感器固定座位于多点位移监测装置末端，埋设在围岩长度为a，直径为b的圆形孔洞中；侧杆和锚头相连接，侧杆和锚头埋设在直接为c的孔洞中，并用灌注水泥浆固定。

3.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述锚索测力监测装置包括测力计、钢绞线、锚具、测力计上垫板、电源及信号线、测力计下垫板、钢垫板和混凝土垫座，测力计位于测力计上垫板和测力计下垫板之间，测力计上垫板前置为锚具，钢绞线位于锚杆测力监测装置中间，穿过钢垫板和混凝土垫座；锚杆应力监测装置是由位移传感器固定座，侧杆，锚头和灌注水泥浆组成，位移传感器固定座位于多点位移监测装置末端，埋设在围岩长度为a，直径为b的圆形孔洞中；侧杆和锚头相连接，侧杆和锚头埋设在直径为c的孔洞中，并用灌注水泥浆固定。

4.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述锚杆应力监测装置包括锚杆应力计、锚杆和水泥砂浆，锚杆应力计连接在锚杆上，埋设于围岩开挖面内，用水泥砂浆进行全孔灌浆。

5.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述钢筋监测装置布置在支护框架上，包括左侧钢筋计，洞口上钢筋计，右侧钢筋计，右下钢筋计，洞口下钢筋计和左下钢筋计。

6.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述渗压监测装置包括渗压传感器、土工布、细砂、粗砂、渗压计电源及信号线和混凝土衬砌，渗压传感器用土工布和细砂进行包裹，并埋设在隧洞围岩钻孔中，再由粗砂填充孔洞内和水泥砂浆封住孔口，渗压计电源及信号线延伸出孔口。

7.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述测缝监测装置包括衬砌砼、支撑三脚架、测缝电源及信号线，预拉垫板、测缝计和水泥砂浆，支撑三脚架和预拉垫板相连接，在预拉垫板中延伸出测缝电源及信号线，并埋设于衬砌砼中，预拉垫板右侧连接测缝计，测缝监测装置右侧用水泥砂浆封堵。

8.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述监测预警系统包括数据采集及信号发射装置、远端信号接收器、预警灯及响铃和监测供电电源，数据采集及信号发射装置多串口连接多点位移监测装置,测缝监测装置,渗压监测装置,锚杆应力监测装置和锚索测力监测装置，同时各个监测装置并联预警灯及响铃和监测供电电源，数据采集及信号发射装置和远端信号接收器通过网络信号连接和传输数据，并在远端信号接收器实时存储和分析监测装置采集得到数据，分析隧洞支护结构的稳定性和及时预警隧洞形变地质灾害。

9.如权利要求1或2所述的一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，其特征在于，所述掌子面监测点位是由左侧监测点，左上监测点，正上监测点，右上监测点和右侧监测点构成。

技术总结
一种红层软岩成洞质量智能监测及预警系统，掌子面监测点位是沿着隧洞掌子面上布置的点位，掌子面监测点位与隧洞深部围岩相接，监测隧洞成洞质量；支护结构监测装置位于掌子面监测点位四周，多点位移监测装置、渗压监测装置和测缝监测装置埋设在掌子面监测点位的围岩中，锚索测力监测装置、锚杆应力监测装置和钢筋监测装置布置在支护框架上，采集隧洞形变和支护结构强度数据；监测预警系统布置在掌子面上，监测预警系统连接支护结构监测装置，实现远程智能实时监控隧洞形变和预防地质灾害预警处置。本发明能够及时干预和预警红层软岩对隧洞破坏，实现远程智能实时监控隧洞形变和预防地质灾害预警处置。

技术研发人员：张永宏,徐维刚,巨金星,苟学登,马生伟,何亚龙,张建军,祁焕荣,吴德峰,陈洁婷,王昌豪,李康杰,邹宝平,路家兴,裴晨浩,李超,陈其志
受保护的技术使用者：中国水利水电第四工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24