一種可開閉的隧道超前水壓水量探測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種隧道超前水壓水量探測裝置，適用于各種土層及巖層隧道，特別 是適用于礦山法隧道施工通過高水壓斷裂破碎帶時(shí)的水壓水量超前探測。屬于土木工程現(xiàn) 場探測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道施工中，地下水是最大的風(fēng)險(xiǎn)源之一，是造成開挖面坍塌，地面沉降的重要原 因，尤其遇到斷層破碎帶，地層節(jié)理密集時(shí)，很有可能會(huì)產(chǎn)生突涌水。由于對(duì)地下水探測不 明或處理不當(dāng)引起的工程事故屢見不鮮，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。工程施工前地質(zhì)勘查并不 能完全反應(yīng)地質(zhì)情況，特別是對(duì)地下水的探測，需要在施工過程中進(jìn)行掌子面超前探測，更 為準(zhǔn)確的掌握施工范圍內(nèi)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，以保證施工安全。
[0003] 目前現(xiàn)有的超前探測手段主要有常規(guī)地質(zhì)法(地質(zhì)素描法、地質(zhì)作圖法、數(shù)碼成像 等）、超前導(dǎo)坑法（平行導(dǎo)坑法、正洞導(dǎo)坑法）、超前鉆探預(yù)報(bào)法（深孔水平鉆探、孔內(nèi)攝影 等）、物理勘探法(TSP、地質(zhì)雷達(dá)及紅外探水等）。常規(guī)地質(zhì)法的優(yōu)點(diǎn)是不干擾施工，設(shè)備簡 單，出結(jié)果快，預(yù)報(bào)效果較好，而且為整個(gè)隧道提供詳細(xì)的地質(zhì)資料;缺點(diǎn)是對(duì)于隧道前方 未開挖的不良地質(zhì)容易漏報(bào)。超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法中的正洞導(dǎo)坑法是在隧道正洞中某個(gè)部位開 挖一個(gè)斷面較小的導(dǎo)坑以探明地質(zhì)情況的方法。該方法較平行導(dǎo)坑法更直接、更準(zhǔn)確。正洞 導(dǎo)坑可作為隧道施工工法的一種，既開挖了隧道又探明了地質(zhì)情況。物探法中紅外探水是 常用的方法，不需要鉆孔，操作便捷，但是由于該方法受施工環(huán)境(如施工涌水、高能輻射體 影響、掌子面后方拱頂?shù)嗡?等各種因素的影響，所以掌子面的溫度受到干擾很多，以至 影響其探查效果。雖然此方法對(duì)定性預(yù)報(bào)掌子面前方有無隱伏的含水體是有效的，但對(duì)含 水層的位置、賦存形態(tài)、出水量、出水壓力等都無法進(jìn)行定量分析，而且對(duì)有水情況下的地 質(zhì)災(zāi)害更是難以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，即這種紅外探水方法存在局限性。
[0004] 超前鉆探法可以直觀反映掌子面前方基本地質(zhì)情況，是施工預(yù)報(bào)最有效方法之 一，對(duì)巖體完整性、地下水和垂直隧洞軸線的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面等預(yù)報(bào)效果較好。傳統(tǒng)的超前鉆探 法對(duì)水的探測多基于鉆機(jī)油栗油壓、孔口水壓、流速來推測水頭壓力及涌水量，經(jīng)驗(yàn)依賴性 強(qiáng)，且可信度較低。本發(fā)明填補(bǔ)這一空白，對(duì)超前鉆探所揭露地層的水壓、水流量及孔隙水 壓力直接進(jìn)行測定，更為準(zhǔn)確的判斷開挖面前方的地下水狀況，并據(jù)此可對(duì)高水壓條件下 的地質(zhì)災(zāi)害做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，公開一種可自封閉的隧道超前水壓水量探測 裝置，通過水平超前鉆孔及可開閉的封閉裝置，探測到掌子面前方水壓和水量情況，以確定 后續(xù)施工方案，從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保證施工安全。
[0006] -種可開閉的隧道超前水壓水量探測裝置，其特征在于，包括依次連接的可開閉 的封堵裝置、可伸縮的導(dǎo)水裝置和水壓水量測量裝置；
[0007] 所述的可伸縮的導(dǎo)水裝置順次包括前端套管(2)、首節(jié)套管（10)、第二節(jié)套管（12) 和第三節(jié)套管（13)，所述首節(jié)套管（10)、第二節(jié)套管（12)和第三節(jié)套管（13)相鄰處分別通 過管節(jié)緊固裝置（11)連接。所述首節(jié)套管（10)的首尾分別插入前端套管(2)的后段和第二 節(jié)套管（12)的前段內(nèi)。所述第二節(jié)套管（12)的尾段插入第三節(jié)套管（13)的前段內(nèi)。
[0008] 所述可開閉的封堵裝置位于整個(gè)探測裝置的前端，包括彈簧(3)、過濾網(wǎng)（4)、凹槽 (5)卡扣(6)、橡膠片(7)、鋼支架(8)。其中：
[0009] 所述的鋼支架(8)由內(nèi)、外兩根鋼桿(81、82)組成，內(nèi)部鋼桿81的一端與前端套管 (2)的末端鉸接，其另一端與外部鋼桿82的中部鉸接，外部鋼桿82的一端與首節(jié)套管（10)外 壁鉸接;所述的橡膠片(7)與鋼支架(8)的外部鋼桿82相連，隨著鋼支架撐開而撐開。
[0010] 所示的過濾網(wǎng)(4)設(shè)于首節(jié)套管（10)前端，位于首節(jié)套管（10)內(nèi)部。
[0011] 所述的彈簧(3)位于前端套管(2)中，彈簧(3)的一端與前端套管(2)的端頭內(nèi)壁凸 起處(21)相連，其另一端抵在首節(jié)套管（10)的端頭。
[0012] 所述的凹槽(5)開鑿在前端套管(2)內(nèi)壁上，位于所述凸起21的后端。
[0013] 在首節(jié)套管（10)外壁開設(shè)有凹槽結(jié)構(gòu)101，所述的卡扣(6)設(shè)置在凹槽結(jié)構(gòu)101內(nèi)。 所述卡扣(6)外形設(shè)計(jì)為:脫出方向的一側(cè)為直邊，伸入方向的一側(cè)為弧形。卡扣(6)-端與 首節(jié)套管（10)鉸接，另一端與首節(jié)套管（10)通過彈簧62連接。
[0014]所述水壓水量測量裝置按照位置關(guān)系依次包括孔隙水壓力計(jì)傳感器（1)、孔隙水 壓力計(jì)顯示器（14)、靜止水壓力計(jì)及顯示表盤（15)、閥門（16)、水流量計(jì)及顯示表盤（17); 所述孔隙水壓力計(jì)傳感器（1)位于前端套管（2)上;所述靜止水壓力計(jì)及顯示表盤（15)、閥 門（16 )、水流量計(jì)及顯示表盤(17)安裝于第三節(jié)套管（13)上。
[0015] 工作方式：
[0016] 探測前采用水平超前鉆孔機(jī)鉆孔至所需探測的位置，軟弱地層采用套管護(hù)壁。該 裝置伸入探孔內(nèi)，前端套管抵住孔底，繼續(xù)向里推進(jìn)中心套管，前端套管和首節(jié)套管之間相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得鋼支架帶動(dòng)橡膠片撐開，形成密閉空間。首節(jié)套筒上的卡扣卡在前端套管的凹 槽內(nèi)，保證密閉裝置處于工作狀態(tài)。待水充滿管節(jié)，關(guān)閉后端的閥門，通過水壓計(jì)測定水壓； 打開閥門后，通過水流量機(jī)測定水量;通過最前端孔隙水壓力傳感器測定前端地層中的孔 隙水壓力。測定完畢后繼續(xù)往里推中心套管至卡扣脫出凹槽，旋轉(zhuǎn)中心套管后方可松開鋼 支架，將整個(gè)裝置脫出。本發(fā)明提供的隧道超前水壓水量探測裝置，通過水平超前鉆孔及可 開閉的封閉裝置，探測到掌子面前方水壓和水量情況，以確定后續(xù)施工方案，從而規(guī)避風(fēng) 險(xiǎn)，保證施工安全。
[0017] 本發(fā)明對(duì)超前鉆探所揭露地層的水壓、水流量及孔隙水壓力直接進(jìn)行測定，更為 準(zhǔn)確的判斷開挖面前方的地下水狀況，并據(jù)此可對(duì)高水壓條件下的地質(zhì)災(zāi)害做出更準(zhǔn)確的 預(yù)報(bào)。
[0018] 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)及其有意效果：
[0019] 1.本發(fā)明適用范圍廣，在滿足鉆孔條件的情況下，盾構(gòu)隧道及山嶺隧道均可使用。 [0020] 2.本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鉆孔底部的自封閉，水壓力測定結(jié)果更接近實(shí)際情況。
[0021] 3.本發(fā)明直接探測鉆孔內(nèi)水壓及水量，不需中間信號(hào)處理，結(jié)果直觀可靠。
[0022] 4.發(fā)明導(dǎo)水所用管節(jié)可以伸縮，工作時(shí)適應(yīng)任意探測深度，非工作時(shí)便于攜帶和 存放。
[0023] 5.本發(fā)明可利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的鉆孔進(jìn)行探測，可不需要專門進(jìn)行鉆孔。
【附圖說明】
[0024] 圖1為該裝置前段自封閉裝置及孔隙水壓計(jì)傳感器安裝示意圖；
[0025] 圖2為該裝置中段套管管節(jié)安裝示意圖；
[0026] 圖3為該裝置后段孔隙水壓力儀表、閥門和水流量計(jì)的示意圖；
[0027] 圖4為卡扣和凹槽局部放大圖；
[0028] 圖5為非工作狀態(tài)下套管卡扣位置示意圖；
[0029] 圖6為工作狀態(tài)下套管卡扣位置示意圖；
[0030] 圖7為從工作狀態(tài)脫出時(shí)卡扣位置示意圖；
[0031]圖8為本發(fā)明裝置整體示意圖。
[0032] 標(biāo)記說明：
[0033] 1.孔隙水壓力計(jì)傳感器2.前端套管3.彈簧4.過濾網(wǎng)5.凹槽6.卡扣 7.橡膠片8.鋼支架9.鉆孔套管10.首節(jié)套管11.管節(jié)緊固裝置12.第二節(jié)套管 13第三節(jié)套管14.孔隙水壓力計(jì)顯示器15.靜止水壓力計(jì)及顯示表盤16閥門17.水 流量計(jì)及顯示表盤21.前端套管凸起81.鋼支架內(nèi)部鋼桿82.鋼支架外部鋼桿61. 卡扣處的鉸62.卡扣處的彈簧101.首節(jié)套管凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明裝置的超前探測水壓水量的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0035]本發(fā)明涉及一種隧道超前水平鉆孔水壓水量探測裝置，適用于各種土層及巖層隧 道，特別是適用于礦山法隧道施工通過高水壓斷裂破碎帶時(shí)的水壓水量超前探測。。其包括 前端可開閉的封堵裝置、中部可伸縮的導(dǎo)水裝置及后部水壓水量測量裝置。采用水平鉆孔 機(jī)鉆孔至所需探測的位置，軟弱地層采用套管護(hù)壁。能形成探測位置處的封閉空間，保證測 定結(jié)果接近實(shí)際情況。該裝置伸入探孔內(nèi)，通過前套管和首節(jié)套管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及