一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種隧道鎖腳錨管受力特性的測試裝置，具體涉及一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置。其可以準(zhǔn)確的測試隧道實際施工過程中鎖腳錨管的應(yīng)力和彎矩。本實用新型的技術(shù)方案包括鎖腳錨管本體，所述的鎖腳錨管的一端設(shè)置有錐頭，所述的鎖腳錨管的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對稱的4個長槽，4個長槽的軸線相平行，每個長槽的兩端設(shè)置有圓孔一和圓孔二，每個長槽內(nèi)通過圓孔一和圓孔二穿設(shè)有裸光纖，所述的裸光纖的兩端伸出于鎖腳錨管外，長槽內(nèi)的裸光纖上設(shè)置有若干個光柵，長槽外的裸光纖進(jìn)行鎧裝形成光纜一和光纜二，所述的光纜一或光纜二與光纖光柵解調(diào)儀連接。
【專利說明】
一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種隧道鎖腳錨管受力特性的測試裝置，具體涉及一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國隧道建設(shè)的發(fā)展，隧道長度越修越長，規(guī)模越來越大，所遇到的地質(zhì)水文環(huán)境也越來越復(fù)雜，隧道穿越軟弱圍巖的幾率也會增大。軟弱圍巖隧道變形大，強度低，自穩(wěn)能力差，沉降難控制，處理不當(dāng)很容易引起塌方等事故。為了保障施工安全，采用過多種措施來加固圍巖，鎖腳錨管作為其中的一種加固措施，主要用于分部開挖法或臺階法開挖的IV、V級圍巖隧道中，在上臺階初支開挖完成后，為防止下臺階開挖引起初期支護(hù)下沉，常在下臺階開挖前沿隧道拱腳或墻角按一定角度打設(shè)鎖腳錨管，并將其端頭與鋼架焊接牢固使其成為一個整體，來發(fā)揮其承載作用。由于其施工簡單、效果顯著、經(jīng)濟實用，在軟弱圍巖隧道中得到了廣泛的應(yīng)用。但有關(guān)鎖腳錨管作用機理和力學(xué)特性的研究尚不夠深入全面，有關(guān)其受力特點描述的資料也很少，大多都是通過理論分析和數(shù)值分析得到的，其結(jié)果與鎖腳錨管實際受力存在一定的偏差。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，其可以準(zhǔn)確的測試隧道實際施工過程中鎖腳錨管的應(yīng)力和彎矩。
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的技術(shù)方案是:一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，包括鎖腳錨管本體，所述的鎖腳錨管的一端設(shè)置有錐頭，其特征在于:所述的鎖腳錨管的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對稱的4個長槽，4個長槽的軸線相平行，每個長槽的兩端設(shè)置有圓孔一和圓孔二，每個長槽內(nèi)通過圓孔一和圓孔二穿設(shè)有裸光纖，所述的裸光纖的兩端伸出于鎖腳錨管外，長槽內(nèi)的裸光纖上設(shè)置有若干個光柵，長槽外的裸光纖進(jìn)行鎧裝形成光纜一和光纜二，所述的光纜一或光纜二與光纖光柵解調(diào)儀連接。
[0005]各相鄰光柵之間的間隔距離根據(jù)鎖腳錨管各測試斷面的位置設(shè)置。
[0006]長槽內(nèi)的裸光纖上依次涂有航天膠和防水膠。
[0007]長槽內(nèi)的裸光纖上套設(shè)有松套管。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點如下:
[0009]1、本實用新型是基于光纖光柵傳感技術(shù)和隧道鎖腳錨管的物理特性，針對性的提出了測試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置；
[0010]2、利用該測試裝置既可以測得鎖腳錨管應(yīng)力、彎矩沿管深度方向的分布特性，又能揭示鎖腳錨管的作用原理和力學(xué)機理；
[0011]3、相比于其他測試裝置而言，布設(shè)光纖光柵的鎖腳錨管受力特性測試裝置，測試數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性強、零漂小，可以實現(xiàn)鎖腳錨管受力特性的長期監(jiān)測；
[0012]4、該測試裝置是利用在一根裸光纖上刻寫多個光柵，并將其封裝于錨管管身凹槽內(nèi)，可以實現(xiàn)分布式測量，而且該裝置測量時不易受電磁干擾、耐久性強，更適用于施工現(xiàn)場。
【附圖說明】
[0013]圖1本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2本實用新型光纖光柵測試原理示意圖
[0015]圖3本實用新型光纖光柵各測點布置平面示意圖；
[0016]圖4本實用新型測試裝置斷面示意圖；
[0017]圖5本實用新型鎖腳錨管尾部安裝的錐頭示意圖；
[0018]附圖標(biāo)記說明:I一鎖腳錨管本體，2—圓孔一，3—長槽，4一圓孔二，5—錐頭，6—裸光纖，7一光纖光柵解調(diào)儀，8一光纜一，9一光柵，10一光纜二。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例結(jié)合附圖對本設(shè)計做詳細(xì)描述:
[0020]參見圖1一圖5:—種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，包括鎖腳錨管本體I，所述的鎖腳錨管I的一端設(shè)置有錐頭5，所述的鎖腳錨管I的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對稱的4個長槽3，4個長槽3的軸線相平行，每個長槽3的兩端設(shè)置有圓孔一 2和圓孔二 4，每個長槽內(nèi)通過圓孔一 2和圓孔二 4穿設(shè)有裸光纖6，所述的裸光纖6的兩端伸出于鎖腳錨管I外，長槽內(nèi)的裸光纖上設(shè)置有若干個光柵9，長槽外的裸光纖6進(jìn)行鎧裝形成光纜一 8和光纜二 10，所述的光纜一 8或光纜二 10與光纖光柵解調(diào)儀7連接。
[0021]各相鄰光柵9之間的間隔距離根據(jù)鎖腳錨管各測試斷面的位置設(shè)置。
[0022]長槽內(nèi)的裸光纖6上依次涂有航天膠和防水膠。
[0023]長槽內(nèi)的裸光纖6上套設(shè)有松套管。
[0024]所述的錐頭5長為6cm。
[0025]在測量錨管管身不同截面的應(yīng)變時，可在不同的截面處按上述方法進(jìn)行布設(shè)測點，如圖2、圖3所示。
[0026]本實用新型制作的具體步驟為:
[0027](I)定位:鎖腳錨管在拉槽前先用劃針在其截面的最上方、最下方、最左方、最右方四個位置沿鎖腳錨管的長度方向劃線。
[0028](2)拉槽:管身刻槽方向應(yīng)與劃線方向一致，先將鎖腳錨管架于銑床的操作平臺，并將鎖腳錨管牢牢固定，然后利用銑刀沿劃線，從距鎖腳錨管端口某一位置處開始，在錨管管身沿管長度方向線切割一道寬1_、深I(lǐng)mm的小槽。小槽的長度按照錨管的測試范圍確定，之后按同樣的方法在管身的其余三個方位拉槽，拉槽的線位偏差控制在±0.1mm以內(nèi)。
[0029](3)鉆孔:鎖腳錨管管身上下孔與左右孔采用交錯布置的形式來降低管身小孔對鎖腳錨管強度的影響。對于上下孔，即分別在上下拉槽兩端，用沖擊鉆傾斜的打入，以便鎧裝光纜能夠平滑的引入鎖腳錨管內(nèi)部而不發(fā)生彎折;左右孔與上下孔相錯lcm，分別位于左右拉槽的兩端，鉆孔的直徑與鎧裝光纜的直徑相符。
[0030](4)打磨清洗:先用打磨機對鎖腳錨管管身拉槽進(jìn)行打磨拋光處理。然后用砂紙將測點處的拉槽再次進(jìn)行打磨，使測點處的表面光滑平整。最后用蘸有無水酒精或丙酮的脫脂棉球?qū)鼙诶奂袄鄹浇M(jìn)行擦拭清洗，由于光纖光柵具有超敏感的特性，所以必須用用蘸有無水酒精或丙酮的脫脂棉球?qū)郾砻孢M(jìn)行反復(fù)擦洗，來去除拉槽表面的鐵銹和油污。
[0031 ] (5)光纖刻柵:由于紫外激光曝光法的技術(shù)較為成熟，而且制作靈活簡單。因此本次試驗主要是利用紫外激光經(jīng)過振幅掩模板曝光光纖，來使光纖的折射率產(chǎn)生周期性的分布，形成光纖光柵。
[0032](6)光纖光柵預(yù)拉伸:采用高精密手動平移臺通過利用分厘卡驅(qū)動的方式對光柵進(jìn)行高精度的手動調(diào)整來使其在封裝階段達(dá)到預(yù)期的中心波長。
[0033](7)光纖光柵封裝:光纖光柵的封裝是整個測力錨管制作過程中最重要的環(huán)節(jié)。首先，將刻有光柵的光纖放置在鎖腳錨管管身最上方的凹槽內(nèi)，光纖柵區(qū)的位置應(yīng)與鎖腳錨管測試斷面所在的位置一一對應(yīng)，而且應(yīng)保證光柵的方向與錨管的軸向方向平行，然后，待鎖腳錨管管身最上方凹槽內(nèi)的光纖光柵放置到位后，先用注射器向一個柵區(qū)所在的凹槽內(nèi)注入航天膠，并對凹槽內(nèi)的膠水進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜岷娓?，以減少膠水中的中氣泡的形成增加其密實度，待12個小時后膠水完全固化，再逐個對管身最上方凹槽內(nèi)的其他柵區(qū)進(jìn)行固定。最后，對光纖光柵所在凹槽上方涂覆防水膠，并在光纖兩端套上松套管，再套上鎧裝光纜以防光纖折斷。對于管身最下方、最左方、最右方的光纖光柵均按照此方法依次進(jìn)行封裝。
[0034](8)穿線:光纖光柵封裝完畢后，需將鎧裝光纜沿管壁從鉆孔中引出并集中到錨管端頭進(jìn)行整理編號。靠近鎖腳錨管端口處的鉆孔，可通過細(xì)扎絲直接將鎧裝光纜從管壁鉆孔引入錨管內(nèi)部并從錨管端口引出。對于遠(yuǎn)離鎖腳錨管端口處的鉆孔，不能直接用細(xì)扎絲進(jìn)行穿引，可利用細(xì)扎絲將鎧裝光纜從錨管的另一端穿出，然后將鎧裝光纜固定鋼絲上，并用鋼絲將鎧裝光纜從錨管底部牽引到錨管端口，鎧裝光纜在穿過錨管時用光纖光柵解調(diào)儀對波峰進(jìn)行時時監(jiān)控，防止光纜彎折半徑過小影響波長的解調(diào)。最后，在鎧裝光纜兩端都接上FC/APC接頭，形成冗余，并進(jìn)行整理編號。
[0035](9)保護(hù):鎖腳錨管試驗所處環(huán)境復(fù)雜，且其施工屬于粗放式作業(yè)，因此要再次對光纖光柵和鎧裝光纜加以保護(hù)。對于光纖光柵的的保護(hù)，采用在錨管管身纏繞金屬膠帶進(jìn)行保護(hù);對于鎧裝光纜的保護(hù)，由于在現(xiàn)場施工過程中，鎖腳錨管端口應(yīng)與鋼架進(jìn)行焊接，為防止焊接溫度過高對鎧裝光纜造成損傷，所以先用特氟龍高溫膠帶將光纜進(jìn)行纏繞，再用芭蕉帶隔熱棉進(jìn)行纏繞，并在錨管端口填塞石棉隔熱布來防止鎧裝光纜接觸錨管內(nèi)壁。
[0036](10)安裝錐頭:因鎖腳錨管較長且與圍巖的接觸面大，因此在安設(shè)錨管時圍巖與錨管之間的摩阻力較大，因此在安設(shè)鎖腳錨管前在其尾部安裝一個長6cm的錐頭，以便使錨管能較好的插入預(yù)先鉆好的孔位中。
[0037](11)連接光纖光柵解調(diào)儀:將從鎖腳錨管端口伸出的光纜連接至光纖光柵解調(diào)儀，用于測試管身波長的變化量。
【主權(quán)項】
1.一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，包括鎖腳錨管本體(1)，所述的鎖腳錨管(I)的一端設(shè)置有錐頭(5)，其特征在于:所述的鎖腳錨管(I)的管身上沿管長度方向設(shè)置有相對稱的4個長槽(3)，4個長槽(3)的軸線相平行，每個長槽(3)的兩端設(shè)置有圓孔一 (2)和圓孔二 (4)，每個長槽內(nèi)通過圓孔一 (2)和圓孔二 (4)穿設(shè)有裸光纖(6)，所述的裸光纖(6)的兩端伸出于鎖腳錨管(I)外，長槽內(nèi)的裸光纖上設(shè)置有若干個光柵(9)，長槽外的裸光纖(6)進(jìn)行銷裝形成光纜一(8)和光纜二( 10)，所述的光纜一(8)或光纜二( 10)與光纖光柵解調(diào)儀(7)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，其特征在于:各相鄰光柵(9)之間的間隔距離根據(jù)鎖腳錨管各測試斷面的位置設(shè)置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，其特征在于:長槽內(nèi)的裸光纖(6)上依次涂有航天膠和防水膠。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測試裝置，其特征在于:長槽內(nèi)的裸光纖(6)上套設(shè)有松套管。
【文檔編號】G01L1/24GK205654365SQ201620451950
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月18日 公開號201620451950.0, CN 201620451950, CN 205654365 U, CN 205654365U, CN-U-205654365, CN201620451950, CN201620451950.0, CN205654365 U, CN205654365U
【發(fā)明人】羅彥斌, 陳建勛, 李棟, 刁鵬升
【申請人】長安大學(xué)