一种预钻竖井收敛变形监测方法与流程

本申请涉及竖井收敛变形监测，尤其涉及一种预钻竖井收敛变形监测方法。

背景技术：

1、竖井井筒是洞壁直立的井状管道，在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆心，井壁陡峭，近乎直立。竖井施工空间小、工期长、登高及临边作业多、通行不便，导致竖井施工的安全风险突出。在矿山、水利水电、公路等竖井开挖施工及使用中，由于受施工开挖和施工扰动等影响，井壁岩土体应力重分布，当应力超过岩土体强度时，井壁周围岩土体会产生变形甚至开裂。为确保施工和使用过程中的安全，竖井水平向净空收敛变形测量就显得尤为重要，目前竖井净空收敛变形常用的观测方法有：收敛尺人工量测法和安装传感器法；当存在大量断面需要观测时传感器的埋设费时费力；收敛尺人工量测法，竖井直径较大时，人工无法接触到井壁测量且操作危险；无法实现实时在线监测；无法获得开挖期间产生的收敛变形。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种可以进行实施简单、测量精度高、且能够实现在线监测的预钻竖井收敛变形监测方法。

2、本申请实施例提供的预钻竖井收敛变形监测方法包括以下步骤：

3、1)在竖井断面的预设位置钻取第一预钻孔和第二预钻孔，并分别安装测斜管；

4、2)在所述测斜管的顶部分别安装倾角仪ⅰ和倾角仪ⅱ，并在所述倾角仪ⅰ和所述倾角仪ⅱ的安装位置分别安装激光测距仪和反光片；

5、3)将分布式光纤ⅰ、分布式光纤ⅱ、分布式光纤ⅲ和分布式光纤ⅳ分别在孔口形成回路并埋设到对应的所述测斜管内；

6、4)测得分布式光纤ⅰ、分布式光纤ⅱ、分布式光纤ⅲ和分布式光纤ⅳ在各深度处的中心频率vbiⅰ0、vbiⅱ0、vbiⅲ0和vbiⅳ0作为初始值，获取所述倾角仪ⅰ和所述倾角仪ⅱ的初始角度θ10和θ20，获取所述激光测距仪的初始距离为l0；

7、5)当所述测斜管随被测对象发生同步变形后，测得分布式光纤ⅰ、分布式光纤ⅱ、分布式光纤ⅲ和分布式光纤ⅳ在各深度处的中心频率vbiⅰ1、vbiⅱ1、vbiⅲ1和vbiⅳ1作为测试值，获取所述倾角仪ⅰ和所述倾角仪ⅱ的测试角度θ11和θ21，获取所述激光测距仪的测试距离为l1；

8、6)将测试值与初始值进行比较，计算出各点的应变变化量δεz1i，δεz2i；

9、7)根据各点的应变变化量，计算得出各点的位移y1i和y2i；

10、8)根据计算或测得的竖井两侧水平位移和孔口收敛量，得出竖井各深度处的水平收敛变形si。

11、另外，本申请实施例提供的预钻竖井收敛变形监测方法还可以具有如下附加的技术特征：

12、在一种可选的方案中，当各分布式光纤受到温度和应变作用后，其布里渊频移会发生变化，满足如下关系：

13、

14、式中，t和ε分别为温度和应变；t0和ε0分别为基准的温度和应变；vb1为温度t或应变ε时的布里渊频移；vb0为基准温度和应变下的布里渊频移；和分别为考虑布里渊频移的温度和应变敏感系数；

15、分布式光纤ⅰ和分布式光纤ⅱ分别对称安装在同一所述测斜管同截面的两侧，分布式光纤ⅰ和分布式光纤ⅱ的温度敏感系数相同，两分布式光纤的布里渊频移之差为：

16、

17、同理，可得：

18、

19、由上可得，各点的应变变化量δεz1i，δεz2i可采用如下公式进行计算：

20、

21、

22、在一种可选的方案中，所述步骤7)中计算得出各点的位移y1i和y2i时包括以下步骤：

23、由材料力学理论，可知：

24、

25、被测对象某一截面相对于相邻截面的转角θi与该截面上对称两点的应变差δεi的关系为：

26、

27、式中，δxi为沿被测对象长度方向上下两测量截面的间距；r为测斜管内两分布式光纤之间距离的一半；

28、假设对应倾角仪测得的倾角变化量为δθ0，孔口处的位移为0，则得到被测对象上某截面位移yi为：

29、

30、则各点的位移y1i和y2i分别为：

31、

32、

33、δθ10＝θ11-θ10；

34、δθ20＝θ21-θ20；

35、式中，δx1i和δx2i为沿被测对象长度方向上下两测量截面的间距；r1和r2分别为对应测斜管内的两分布式光纤之间距离的一半。

36、在一种可选的方案中，所述步骤8)中计算水平收敛变形si时包括以下步骤：

37、假设y1i和y2i均以向竖井内偏移为正，则竖井各深度处的收敛变形si为：

38、si＝y1i+y2i+δl；

39、δl＝l1-l0。

40、在一种可选的方案中，所述步骤1)中，所述第一预钻孔和所述第二预钻孔的钻取位置在竖井断面距离井壁大致50cm处，且所述第一预钻孔和所述第二预钻孔与竖井的轴线平行，并以该轴线为中心线对称布置；安装后的所述测斜管的底部低于竖井深度，且顶部高于竖井的顶部。

41、在一种可选的方案中，所述步骤3)中将分布式光纤埋设到对应的所述测斜管内时包括以下步骤：

42、将分布式光纤从中部折弯180°，并将折弯部分固定于金属支架上使其平滑过渡；

43、将分布式光纤及一根注浆软管一同放入测斜管内，直到分布式光纤的折弯部伸至测斜管底部；

44、通过注浆软管向测斜管内注浆，直至管口出浆，待管内浆液凝固后即完成分布式光纤的埋设。

45、本申请实施例的有益效果在于：

46、本申请实施例中的预钻竖井收敛变形监测方法通过在竖井井壁外以轴线为中心线对称布置两个预钻孔并埋入测斜管，在两条测斜管顶部分别安装倾角仪ⅰ和倾角仪ⅱ，并分别设置两组成线性分布的分布式光纤，实时量测各截面的压缩应变和拉伸应变，从而分别计算出两条测斜管各深度处的挠度，通过在测斜管顶部的激光测距仪量测孔口两点间的收敛变形量，从而计算出各深度处竖井净空水平收敛，实现了对被测对象稳定性的实时监测，确保了工程的安全。该监测方法改变了传统测量方式需要浪费大量人力的特点，具有安装埋设方便，成本较低，可获得全过程收敛变形等优点。

47、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，当各分布式光纤受到温度和应变作用后，其布里渊频移会发生变化，满足如下关系：

3.根据权利要求1或2所述的预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，所述步骤7)中计算得出各点的位移y1i和y2i时包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，所述步骤8)中计算水平收敛变形si时包括以下步骤：

5.根据权利要求1或2或4所述的预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述第一预钻孔和所述第二预钻孔的钻取位置在竖井断面距离井壁大致50cm处，且所述第一预钻孔和所述第二预钻孔与竖井的轴线平行，并以该轴线为中心线对称布置；安装后的所述测斜管的底部低于竖井深度，且顶部高于竖井的顶部。

6.根据权利要求5所述的预钻竖井收敛变形监测方法，其特征在于，所述步骤3)中将分布式光纤埋设到对应的所述测斜管内时包括以下步骤：

技术总结本申请涉及一种预钻竖井收敛变形监测方法，包括以下步骤：在竖井断面的预设位置钻取一组预钻孔，分别安装测斜管；在测斜管的顶部安装倾角仪，在倾角仪的安装位置安装激光测距仪和反光片；将分布式光纤在孔口形成回路并埋设到对应的测斜管内；测得各分布式光纤在各深度处的中心频率作为初始值，获取倾角仪初始角度和激光测距仪的初始距离；在测斜管随被测对象发生变形后，测得各分布式光纤在各深度处的中心频率作为测试值，获取倾角仪的测试角度和激光测距仪的测试距离；将测试值与初始值进行比较，计算出各点的应变变化量；根据各点的应变变化量计算出各点的位移；根据竖井两侧各深度处的水平位移和孔口收敛量，得出竖井各深度处的水平收敛变形。技术研发人员：王群敏,张申,赵焕,黄江华,吴勇,张永永受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5