本發(fā)明涉及一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測支護綜合體系與方法。

背景技術：

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略實施，大量基礎交通設施的修建迫在眉睫，地下工程是其中重要的組成部分。隧道等地下洞室的開挖往往面臨圍巖變形、破壞、失穩(wěn)等一系列問題，傳統(tǒng)的隧道圍巖變形控制方法往往采用初噴混凝土加鋼拱架支護的方式，這種方法可以一定程度上控制圍巖的變形，但是傳統(tǒng)混凝土回彈率較高，粘結(jié)力差，往往造成初噴混凝土層有較多空洞，無法有效使初噴混凝土與塑性區(qū)圍巖形成整體承載。

傳統(tǒng)隧道用工字鋼與圍巖貼合不緊密，且無法實現(xiàn)與圍巖協(xié)調(diào)變形，浪費了圍巖本身的自穩(wěn)能力，造成支護成本增加。針對隧道圍巖變形的監(jiān)測，傳統(tǒng)工藝采用在拱架環(huán)向布設土壓力盒的方法，需要預先制作支撐架，一端將土壓力盒頂在圍巖表面，一端與鋼拱架進行焊接，并將壓力盒連線綁扎在拱架上最終引到拱腳處進行測量。由于隧道斷面一般較大，完成上述工作需要利用到施工臺車、電焊工以及較多技術人員參與，且耽誤隧道施工工序，缺乏經(jīng)濟性和方便性。

除此之外，傳統(tǒng)的圍巖變形監(jiān)測屬于定點監(jiān)測范疇，無法實現(xiàn)隧道斷面全面監(jiān)測，且監(jiān)測元件多為裸露狀態(tài)，易受施工影響發(fā)生破壞，無法實現(xiàn)精準有效監(jiān)測。

因此需要設計一種新型的隧道監(jiān)測—支護綜合體系解決上述問題，實現(xiàn)圍巖與初期支護協(xié)調(diào)變形，并兼顧圍巖變形多斷面實時同步監(jiān)測，作為“智慧隧道”理念的重要一環(huán)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測支護綜合體系與方法，本發(fā)明利用可移動式機器人和輔助沖洗裝置進行配合，實現(xiàn)雙機在不同側(cè)面同時對同意絕緣子進行清洗，保證了清洗的快速與效果，有利于電網(wǎng)設備的安全運行。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測支護綜合體系，包括若干并行的支護拱架，所述支護拱架包括多個依次連接的剛性支護單元，所述剛性支護單元外側(cè)設置有柔性合成材料墊層，所述柔性合成材料墊層外側(cè)設置有初次混凝土支護層，所述剛性支護單元內(nèi)側(cè)設置有二次混凝土噴射層，包括剛性支護單元、柔性合成材料墊層和初次混凝土支護層，形成整體支護體系；

所述柔性合成材料墊層內(nèi)埋設有分布式光纖和測量裝置，實現(xiàn)隧道整個斷面圍巖變形的實時監(jiān)測。

進一步的，所述初次混凝土支護層采用噴射混凝土，為整個體系的最外層，直接與圍巖接觸，固定有錨桿或/和錨索結(jié)構(gòu)。

當然，本領域技術人員在本發(fā)明的工作原理的基礎上，將噴射混凝土進行改性，添加其他物質(zhì)，以提高其回彈力等等，屬于常規(guī)改進，理應屬于本發(fā)明的保護范圍。

進一步的，所述剛性支護單元為工字鋼。

所述工字鋼上下兩個翼板尺寸與柔性合成材料墊層的寬度相適配。

進一步的，所述柔性合成材料墊層與剛性支護單元的翼板相連接，且其兩端采用螺栓與剛性支護單元兩端預留螺栓孔栓接預緊。

進一步的，所述分布式光纖安裝在柔性合成材料墊層底部，當進行工字鋼單元栓接拼裝時，不同工字鋼單元上部粘接的墊層互相靠近，安裝在柔性合成材料墊層內(nèi)部的光纖通過接口連接實現(xiàn)分布式光纖的整體構(gòu)成。

進一步的，所述分布式光纖實現(xiàn)隧道整個斷面的覆蓋測量，在拱腰處預留一處測量接口，當整個支護體系布設完成后，圍巖變形造成柔性墊層受壓并導致安裝在墊層內(nèi)的分布式光纖發(fā)生形變，采用測量裝置與預留測量接口相連可以實現(xiàn)全斷面圍巖變形的實時測量。

所述柔性合成材料墊層的厚度根據(jù)隧道圍巖質(zhì)量調(diào)節(jié)。

基于上述系統(tǒng)的施工方法，包括以下步驟：

(1)隧道爆破開挖排險后，在新鮮巖面上噴射改性混凝土，達到設計厚度后沿隧道環(huán)向布設錨桿或/和錨索；

(2)將預制附帶柔性墊層的工字鋼沿隧道斷面架設拼裝，工字鋼通過方形板上預留螺栓孔栓接后，將不同單元工字鋼墊層中的分布式光纖通過接口互相連接；

(3)在拱腳兩單元工字鋼連接位置預留測量接口，并進行適當保護，使測量接口在二次襯砌施作完成后實現(xiàn)測量；

(4)對步驟(3)形成的結(jié)構(gòu)進行改性混凝土的二次噴射，直到滿足設計厚度，形成完整的初支結(jié)構(gòu)；

(5)整體支護體系施作完成后，采用測量裝置對整個隧道斷面圍巖進行實時監(jiān)測。

所述步驟(5)中，測量裝置對整個隧道斷面圍巖進行實時監(jiān)測，不同斷面圍巖變形規(guī)律形成綜合對比云圖，以輔助后續(xù)隧道施工。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

1)本發(fā)明采用改性噴射混凝土，粘結(jié)力高，可與塑性區(qū)圍巖有效形成承載整體，與錨桿、錨索一道共同發(fā)揮圍巖自承能力；

2)柔性合成材料墊層具有多選性與定制性的特點，可根據(jù)實際圍巖質(zhì)量和工程特點選用不同材質(zhì)、尺寸的墊層；

3)采用強力膠和螺栓實現(xiàn)墊層與工字鋼的粘結(jié)以及墊層之間的相互粘結(jié)，簡便快捷易于操作；

4)采用分布式光纖作為圍巖變形監(jiān)測手段，實現(xiàn)整個隧道斷面的全面、實時監(jiān)測；

5)分布式光纖包裹在柔性合成材料墊層中，柔性墊層既可以實現(xiàn)與圍巖的協(xié)調(diào)變形，又可以對光纖進行保護，免于受到施工影響毀壞；

6)整個體系既可以實現(xiàn)隧道斷面有效、合理支護，又可以實現(xiàn)圍巖變形同步監(jiān)測，體現(xiàn)了剛?cè)狁詈?、“先控—再讓—后強—同步監(jiān)測”的特點，可作為“智慧隧道”理念的重要一環(huán)；

7)解決了現(xiàn)有隧道支護體系無法有效、合理、經(jīng)濟控制圍巖變形以及斷面圍巖無法簡便、精確、實時監(jiān)測的問題，簡化了施工工序，提高了施工效率，有效控制了圍巖變形，節(jié)約施工、監(jiān)測成本。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1為包含分布式光纖的剛?cè)狁詈瞎凹埽?/p>

圖2為不同單元拱架拼裝與光纖連接；

圖3為不同厚度墊層的拱架示意圖；

圖4為不同寬度墊層的拱架示意圖；

圖5為本發(fā)明整體示意圖；

圖6為本發(fā)明不同斷面支護體系三維空間示意圖。

其中，1、工字鋼，2、柔性合成材料墊層，3、分布式光纖，4、螺栓，5-7不同厚度墊層拱架，6、8、9、不同寬度墊層拱架，10、初次噴射改性混凝土層，11、錨桿，12、測量裝置，13、預留測量口，14、二次噴射混凝土設計厚度線。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現(xiàn)有技術中存在傳統(tǒng)混凝土回彈率較高，粘結(jié)力差，往往造成初噴混凝土層有較多空洞，無法有效使初噴混凝土與塑性區(qū)圍巖形成整體承載的不足，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測—支護綜合體系。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種剛?cè)狁詈系男滦退淼辣O(jiān)測—支護綜合體系與施作方法，主要包括：初次噴錨支護單元、柔性合成材料墊層、工字鋼剛性支護單元、二次噴射混凝土支護單元和綜合監(jiān)測單元。所述的噴錨支護單元作為整個體系的最外層，直接與圍巖接觸，優(yōu)選的，采用改性噴射混凝土替代傳統(tǒng)混凝土；當然，使用傳統(tǒng)混凝土也可以。所述的柔性合成材料墊層通過強力膠與所述的工字鋼上翼板相粘結(jié)，兩端采用螺栓與工字鋼兩端預留螺栓孔栓接預緊，工字鋼與墊層尺寸根據(jù)隧道圍巖質(zhì)量可調(diào)；所述的綜合監(jiān)測單元包括安裝在所述柔性合成材料墊層中的分布式光纖和測量裝置，實現(xiàn)隧道整個斷面圍巖變形的實時監(jiān)測；所述的二次噴射混凝土支護單元在之前各個單元工序完成并預留出監(jiān)測接口之后進行改性混凝土的二次噴射，將之前各單元包裹形成完整初支結(jié)構(gòu)；整體系統(tǒng)體現(xiàn)“先控—再讓—后強—同步監(jiān)測”的特點。

噴錨支護單元包括初噴混凝土與錨桿、錨索結(jié)構(gòu)，隧道爆破進尺完成后，經(jīng)過排險工序，采用改性噴射混凝土替代原有傳統(tǒng)混凝土在新鮮巖面上進行噴射，與傳統(tǒng)混凝土相比，改性混凝土粘接力大，與巖體結(jié)合度高。達到初噴混凝土設計厚度后沿隧道斷面環(huán)向施作錨桿、錨索，與噴射混凝土共同作用提高圍巖整體殘余強度，充分發(fā)揮圍巖的自承能力，體現(xiàn)“先控”的特點。

柔性合成材料墊層采用合成橡膠等人工柔性材料，利用強力膠將墊層底面與工字鋼上翼板相粘結(jié)，同時墊層與墊層之間同樣可以采用強力膠相互粘結(jié)，兩端采用螺栓與工字鋼兩端預留螺栓孔栓接預緊。可根據(jù)隧道工程實際圍巖質(zhì)量選擇不同厚度、寬度與材質(zhì)的墊層，實現(xiàn)模塊化拼接的功能，體現(xiàn)“再讓”的特點。

工字鋼剛性支護單元采用傳統(tǒng)的隧道用工字鋼，為配合柔性墊層耦合支護，工字鋼上下兩個翼板尺寸根據(jù)墊層寬度加工。工字鋼單元間通過方形板上預留螺栓孔栓接拼裝體現(xiàn)“后強”的特點。

綜合監(jiān)測單元包括分布式光纖和測量裝置，分布式光纖安裝在柔性合成材料墊層底部，當進行工字鋼單元栓接拼裝時，不同工字鋼單元上部粘接的墊層互相靠近，安裝在墊層內(nèi)部的光纖通過接口連接實現(xiàn)分布式光纖的整體構(gòu)成。

分布式光纖實現(xiàn)隧道整個斷面的覆蓋測量，在拱腰處預留一處測量接口。當整個支護體系布設完成后，圍巖變形造成柔性墊層受壓并導致安裝在墊層內(nèi)的分布式光纖發(fā)生形變，采用測量裝置與預留測量接口相連可以實現(xiàn)全斷面圍巖變形的實時測量，體現(xiàn)“同步監(jiān)測”的特點。

二次噴射混凝土支護單元在之前各個單元工序完成后，二次噴射改性混凝土達到設計厚度，從而實現(xiàn)之前各個單元的包裹，形成完整的初支結(jié)構(gòu)。

如圖1-圖5所示，一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測—支護綜合體系，包括初次噴錨支護單元包括初次噴射改性混凝土層10與錨桿11，作為整個支護體系的最外層，與圍巖面接觸，起到“先控”的作用；柔性合成材料墊層2可根據(jù)實際工程圍巖質(zhì)量與施工特點進行選擇，變換不同厚度、寬度、材質(zhì)的墊層，墊層2可通過強力膠與螺栓4實現(xiàn)墊層與工字鋼1相互粘結(jié)和墊層與墊層之間的粘結(jié)組合，工字鋼1與柔性合成材料墊層2的組合體現(xiàn)剛?cè)狁詈现ёo的理念，有利于控制圍巖與支護體系的協(xié)調(diào)變形，體現(xiàn)了“再讓—后強”的特點；分布式光纖3安裝在墊層2中，在不同單元工字鋼1通過預留螺栓孔拼接時，不同單元分布式光纖3通過接口互相連接，最終形成覆蓋全斷面的的整體分布式光纖，圍巖變形會造成光纖3變形，從而得到圍巖變形規(guī)律；柔性合成材料墊層2既能實現(xiàn)柔性變形又可以起到保護分布式光纖3免遭施工破壞的作用；最終采用測量裝置12對全斷面圍巖變形進行監(jiān)測。

一種剛?cè)狁詈系乃淼辣O(jiān)測—支護綜合體系與施作方法，其具體實施方式：

隧道爆破開挖排險后，在新鮮巖面上噴射改性混凝土，形成初次噴射改性混凝土層10，達到設計厚度后沿隧道環(huán)向布設錨桿11。將預制附帶柔性合成材料墊層2的工字鋼1沿隧道斷面架設拼裝，工字鋼1通過方形板上預留螺栓孔栓接后，將不同單元工字鋼墊層中的分布式光纖3通過接口互相連接。工字鋼1和分布式光纖3完成全斷面拼裝后，在拱腳位置預留監(jiān)測口13，并加以適當保護，防止二次噴射混凝土層對其進行覆蓋。之前所有單元工序完成后，二次噴射改性混凝土到設計厚度線14形成二次噴射改性混凝土層，完成整體新型初支結(jié)構(gòu)。采用測量裝置12對全斷面圍巖變形進行實時監(jiān)測，為隧道施工提供指導。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。