一種多功能智能錨桿及其安裝布設(shè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能智能錨桿及其安裝布設(shè)方法，包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠、鎧裝光纜和軟塑料套管；所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵溫度補(bǔ)償輔助傳感器安裝在錨桿沿縱向所開(kāi)的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠封裝；無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段。本發(fā)明既可用于土木、隧道、礦產(chǎn)等相關(guān)工程中的錨固加固，亦能對(duì)錨桿的承載能力、應(yīng)力應(yīng)變、以及損傷情況等的監(jiān)測(cè)，更能用于圍巖支護(hù)及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性等的監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】
一種多功能智能錨桿及其安裝布設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種針對(duì)隧道、巖土和邊坡工程的多功能智能監(jiān)測(cè)錨桿，主要用于土木、隧道、礦產(chǎn)等相關(guān)工程中的對(duì)錨桿的承載能力、應(yīng)力應(yīng)變、以及損傷情況等的監(jiān)測(cè)，亦能用于圍巖支護(hù)及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性等的監(jiān)測(cè)，同時(shí)，此錨桿本身的錨固加固作用沒(méi)有改變，此多功能智能監(jiān)測(cè)錨桿在監(jiān)測(cè)的同時(shí)，也能起到其本來(lái)對(duì)圍巖、邊坡、擋土墻等的錨固加固作用。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是在邊坡、巖土深基坑等地表工程及隧道、采場(chǎng)等地下硐室施工中采用的一種加固支護(hù)方式。錨桿支護(hù)是通過(guò)圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學(xué)狀態(tài)，在開(kāi)挖面周圍形成一個(gè)整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達(dá)到維護(hù)圍巖或巷道等穩(wěn)定的目的。它是一種積極防御的支護(hù)方法，是圍巖、礦山等支護(hù)的重大變革。錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡(jiǎn)單、有利于機(jī)械化操作、施工速度快。因此錨桿已在很多土木、巖土、隧道、采礦等工程中被大量的使用，如基于新奧法的隧道開(kāi)挖，錨桿使用量動(dòng)輒幾萬(wàn)根，另外如三峽水利工程，亦用了有十幾萬(wàn)根各式錨桿。
[0003]隨著錨桿支護(hù)的廣泛使用，對(duì)于錨桿在圍巖中的受力、承載能力、以及可能的損傷等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)或定期監(jiān)測(cè)，從而對(duì)于圍巖等的支護(hù)情況、變形收斂、以及穩(wěn)定情況等作出判斷顯得尤為重要，且已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要課題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于錨桿在圍巖等支護(hù)中的受力、承載、及損傷情況的測(cè)試方法基本可歸納為兩大類，其中一類是使用測(cè)力錨桿、錨桿拉拔計(jì)、應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變片通過(guò)錨桿“拉拔試驗(yàn)”來(lái)測(cè)試錨桿在拉拔作用下的受力情況和損傷情況;另一類則采用比較間接的方式，利用電磁波、聲波等在不同介質(zhì)層的反射差異來(lái)檢測(cè)砂漿錨固體的飽和程度，間接評(píng)價(jià)錨固的受力及損傷情況。但這些方法從總體上看，存在著受環(huán)境影響大，耐久性差，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，測(cè)試誤差大等缺點(diǎn)，對(duì)于像巖土、隧道、采礦等環(huán)境比較惡劣、施工方式粗放，但測(cè)試精度要求高的實(shí)際工程應(yīng)用，其適用性尤顯單薄。同時(shí)，在土木、巖土、隧道、采礦等工程中，在對(duì)于錨桿的受力測(cè)試同時(shí)，往往還需要測(cè)試土體及圍巖的位移，甚至是巖層的脫離及其脫開(kāi)間的程度，如在煤礦采礦中的巷道頂板發(fā)生的離層等情況。因此開(kāi)發(fā)一種具有測(cè)試錨桿應(yīng)力及圍巖位移，且同時(shí)也能起到加固錨固作用的智能錨桿具有非常重要的工程實(shí)用意義。
[0004]近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的光纖、光柵傳感技術(shù)具有耐久性好，性能穩(wěn)定、抗電磁干擾、便于分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，也對(duì)錨桿軸力檢測(cè)、損傷識(shí)別等提出了新的思路。目前已有相關(guān)學(xué)者基于B0TDR、B0TDA等分布式光纖技術(shù)對(duì)錨桿支護(hù)進(jìn)行了檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，但是由于目前解調(diào)技術(shù)的瓶頸限制，其測(cè)試精度嚴(yán)重不足，且往往需要有閉合的光纖回路，考慮到如隧道的圍巖變形等本身相對(duì)很小，且錨桿本身橫截面不大，閉合的光纖回路往往由于較大的光纖曲率而帶來(lái)的很大光損，因此其在實(shí)際工程中的實(shí)用性很小。而光柵由于精度高，應(yīng)變測(cè)量能達(dá)到1叫，而且封裝后能防水，耐腐蝕，長(zhǎng)期性能比較好，不僅能傳感，而且也能用于傳輸數(shù)據(jù)，利于組網(wǎng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于橋梁等結(jié)構(gòu)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)中。但目前在錨桿上的應(yīng)用，都是基于點(diǎn)式應(yīng)變測(cè)試，只能得到非常局部的應(yīng)變情況，無(wú)法準(zhǔn)確地描述尺度比較大的錨桿全長(zhǎng)的受力和變形狀況，且不能對(duì)錨桿的損傷給出有效的判斷?？偟膩?lái)說(shuō)，目前的測(cè)試方法存在以下幾個(gè)問(wèn)題，首先單純而簡(jiǎn)單地應(yīng)用光纖和光柵技術(shù)，往往由于不僅其傳感部分，而且其引線都容易損壞，不能適應(yīng)這些實(shí)際工程粗放式的施工環(huán)境;其次錨桿結(jié)構(gòu)尺度大，損傷分布范圍廣，傳統(tǒng)的點(diǎn)式傳感很難準(zhǔn)確得捕捉到損傷;再者，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)往往都忽視錨桿不同深度的應(yīng)力應(yīng)變變化，而實(shí)際圍巖由于機(jī)械開(kāi)挖和爆破的原因，往往在靠近開(kāi)挖面的巖層會(huì)出現(xiàn)一些破碎，在圍巖受力作用下，其內(nèi)部將出現(xiàn)內(nèi)力重分布，因此在錨桿不同深度的位置上，其應(yīng)力應(yīng)變很可能是不同的；更為重要的是，目前所已開(kāi)發(fā)出來(lái)的智能錨桿都只停留在錨桿軸力及應(yīng)變本身，而無(wú)法獲取錨桿變形分布情況，也無(wú)法判斷圍巖等的位移;最后，傳統(tǒng)的光柵測(cè)試，都是基于光柵與光柵間引線的熔接串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是光纖的熔接更易造成損壞斷裂，且大大地增加其光損，從而影響其測(cè)試性能。
[0005]為了提高結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)試的真實(shí)性、可靠性以及噪聲魯棒性，東南大學(xué)推出了長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變測(cè)試?yán)砟?，以獲取傳感器標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變，并成功運(yùn)用于橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)中。但目前對(duì)于利用長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵進(jìn)行錨桿承載情況、應(yīng)力應(yīng)變情況、損傷探測(cè)、以及圍巖收斂變形和穩(wěn)定性的測(cè)試和監(jiān)測(cè)等研究在國(guó)內(nèi)外檢索尚無(wú)相關(guān)專利及相關(guān)文獻(xiàn)。且至今開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變傳感器都是基于單個(gè)光柵獨(dú)立封裝而成，在需要多個(gè)傳感器時(shí)，必須要通過(guò)光纖熔接機(jī)將傳感器的引出光纖熔接起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)其串聯(lián)目的。本發(fā)明將基于一體化集成多個(gè)傳感單元的無(wú)恪接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器，提出一種新型的多功能智能銷桿。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0000]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有尚精確度、尚耐久性、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的基于無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器的多功能智能錨桿及其安裝布設(shè)方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種多功能智能錨桿，包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠、鎧裝光纜和軟塑料套管；
[0008]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器安裝在錨桿沿縱向所開(kāi)的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠封裝；
[0009]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0010]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0011]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出，所述鎧裝光纜穿于軟塑料套管之中。
[0012]本發(fā)明的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵多功能智能錨桿的安裝布設(shè)方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0013](I)針對(duì)實(shí)際工程的具體情況，選定監(jiān)測(cè)的具體位置;一般來(lái)說(shuō)，可選擇比較關(guān)鍵和危險(xiǎn)的斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在每個(gè)斷面，選取有代表性的位置進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)，如對(duì)于隧道斷面，可選擇頂部(約90度方向)、兩腰(約45度和135度方向)及兩底(約O度和180度方向)這5個(gè)部位進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)；
[0014](2)在所需布置錨桿的巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔，孔徑比錨桿略大；同時(shí)，在距離監(jiān)測(cè)斷面不遠(yuǎn)的地方，安裝并固定好光纜接線盒；
[0015](3)將封裝成一體的智能錨桿的無(wú)引出光纜的一端插入鉆好的錨孔內(nèi)并至一定的深度，將引出光纜圓潤(rùn)自然得順著圍巖或鋼筋網(wǎng)或鋼骨架等引出至預(yù)先固定好的線盒之中，途中作必要的固定和保護(hù)，完成智能錨桿的就位；
[0016](4)向裝入錨桿的孔道內(nèi)注入速凝水泥砂漿，其中注漿質(zhì)量控制和蓋板等的設(shè)置可參考普通錨桿的安裝手冊(cè);待水泥砂漿凝固即完成智能錨桿的布設(shè)安裝；
[0017](5)兩根連接無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器并從智能錨桿內(nèi)引出的引出光纜在穿入接線盒后，用光纖耦合器將兩者耦合，耦合連接部位置于接線盒內(nèi)，耦合后的輸出光纜則從接線盒中引出，順著隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁，一直引至安置好的光纖光柵解調(diào)儀，并在途中作必要的固定和保護(hù)；
[0018]作為優(yōu)選，所述基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的多功能智能錨桿也可在巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔后，向孔道內(nèi)裝入速凝錨固藥卷，然后插入錨桿，捅破速凝錨固藥卷而實(shí)現(xiàn)固結(jié)安裝。
[0019]作為優(yōu)選，對(duì)于像泥層的較軟粘性介質(zhì)體，可以鉆一個(gè)直徑比錨桿略小的孔道，將錨桿直接插入，并在端部用錘擊等方法頂入。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021](I)本發(fā)明的智能錨桿原理簡(jiǎn)單可靠，測(cè)試方法新穎巧妙。本發(fā)明主要是利用安裝在智能錨桿上的光纖光柵傳感器測(cè)量智能錨桿在不同深度的應(yīng)變值，從而推算錨桿在不同深度的軸力，從而對(duì)錨桿的承載能力以及其錨固力作出判斷和評(píng)價(jià)，同時(shí)也能對(duì)圍巖在荷載等的作用下內(nèi)部產(chǎn)生變形和位移變化作出一定的判斷；
[0022](2)本發(fā)明的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器由多個(gè)串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元組成，因此不僅測(cè)量不同深度的錨桿的應(yīng)變和軸力情況，還能測(cè)量錨桿軸向的變形量，獲取圍巖等的沉降或滑移的位移；
[0023](3)本發(fā)明的測(cè)試精度高，多點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)置可以實(shí)現(xiàn)精確的溫度補(bǔ)償，其測(cè)試精度可達(dá)Ιμε;
[0024](4)本發(fā)明可對(duì)圍巖多個(gè)位置的錨桿同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可按照監(jiān)測(cè)需求，在多個(gè)位置植入智能錨桿，實(shí)現(xiàn)一個(gè)區(qū)域的整體監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明的多功能智能錨桿構(gòu)造示意圖；
[0026]圖2為圖1的縱向剖視圖；
[0027]圖3為圖1的橫向剖視圖；
[0028]圖4為本發(fā)明無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器構(gòu)造示意圖；
[0029]圖5為本發(fā)明光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器構(gòu)造示意圖；
[0030]圖6和7為本發(fā)明的多功能智能錨桿安裝布設(shè)示意圖；
[0031]圖8為本發(fā)明的多功能智能錨桿變形量計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0033]如圖1-5所示，一種多功能智能錨桿，包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器1、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2、環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠3、鎧裝光纜4和軟塑料套管5;
[0034]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2安裝在錨桿6沿縱向所開(kāi)的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠3封裝；
[0035]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段；
[0036]所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉；
[0037]所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器I和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器2分別與鎧裝光纜4連接，從錨桿6內(nèi)引出，所述鎧裝光纜4穿于軟塑料套管5之中。
[0038]上述一種多功能智能錨桿的制作方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0039](I)制作無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器
[0040](al)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫(xiě)多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵；
[0041](a2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，根據(jù)工程測(cè)試要求設(shè)計(jì)出每個(gè)光柵的錨固點(diǎn)位置，并在套管上根據(jù)錨固位置切出多個(gè)缺口，穿入帶有多個(gè)光柵的單模光纖，調(diào)整光柵與套管缺口的位置；
[0042](a3)將光纖兩端通過(guò)牽引裝置施加一定的預(yù)應(yīng)力，同時(shí)在套管缺口處注入固結(jié)膠水形成錨固，固結(jié)后將牽引裝置放開(kāi)，從而封裝出含多個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元且沒(méi)有熔接點(diǎn)的長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器；
[0043](a4)對(duì)于每個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元來(lái)說(shuō)，套管內(nèi)的光纖的兩端分別通過(guò)固結(jié)膠與套管相固定，其余部分的光纖與套管內(nèi)壁無(wú)接觸或雖有輕微接觸，但摩擦力極小可忽略；
[0044](a5)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹(shù)脂，進(jìn)行無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器本身的一體化封裝加固；
[0045](2)制作多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器
[0046](bl)在一根單模光纖上根據(jù)實(shí)際工程需求設(shè)計(jì)并刻寫(xiě)多個(gè)一定間距且不同波長(zhǎng)的光柵;這些光柵的位置設(shè)計(jì)可以與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器中的多個(gè)光柵一一對(duì)應(yīng)，或者按照沿錨桿長(zhǎng)度進(jìn)行溫度插值的思想進(jìn)行溫補(bǔ)光柵位置設(shè)計(jì);這些光柵的波長(zhǎng)不僅在溫度補(bǔ)償傳感器內(nèi)不能有相同，且與無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器之中的光柵波長(zhǎng)亦不能有相同的波長(zhǎng)；
[0047](b2)選用一個(gè)細(xì)的光滑套管，內(nèi)口徑比光纖略粗，在套管的一層用膠封閉，將刻好的多光柵兩端尾纖的某一端剪短，然后插入套管內(nèi)，使其中的光柵的位置處于設(shè)計(jì)好的某個(gè)位置附近，且剪短尾纖側(cè)的尾纖縮在套管內(nèi)部且距離套管尾部有一定距離，此距離以此尾纖不會(huì)碰到套管尾部封裝的膠水為原則，然后在套管兩端處注入少許固結(jié)膠水，使之封閉形成一個(gè)含多個(gè)光柵的溫補(bǔ)傳感器。
[0048](b3)對(duì)于封裝于套管內(nèi)的帶多個(gè)光柵的光纖尾纖，其一端縮在套管內(nèi)完全自由，另一端與套管固結(jié)并作為引出線引出，光纖在套管內(nèi)能完全自由滑動(dòng)；
[0049](b4)在套管外面進(jìn)一步包裹復(fù)合材料并浸潤(rùn)環(huán)氧樹(shù)脂，進(jìn)行溫度補(bǔ)償輔助傳感器本身的一體化封裝加固；
[0050](3)制作多功能智能錨桿
[0051](Cl)選用實(shí)體錨桿，并沿縱向開(kāi)一個(gè)小槽;準(zhǔn)備兩根長(zhǎng)度適中的鎧裝光纜，并穿于一根直徑與硬度適中的軟塑料套管之中，鎧裝光纜比軟塑料套管略長(zhǎng)，兩頭露出；
[0052](c2)將制作好的無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器固定于錨桿所開(kāi)的小槽內(nèi)，并分別用鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出;無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜進(jìn)行熔焊的熔焊接頭位于錨桿小槽內(nèi)，且鎧裝光纜在小槽內(nèi)保留具有能起到錨固作用的長(zhǎng)度，這樣封裝后外部光纜的受力不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部傳感器受力；
[0053](c3)在錨桿小槽內(nèi)注入環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠至填平，將無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器與錨桿封裝為一體，形成最終的多功能智能錨桿。
[0054]如圖6和7所示，本發(fā)明的多功能智能錨桿的安裝布設(shè)方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0055](I)針對(duì)實(shí)際工程的具體情況，選定監(jiān)測(cè)的具體位置;一般來(lái)說(shuō)，可選擇比較關(guān)鍵和危險(xiǎn)的斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在每個(gè)斷面，選取有代表性的位置進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)，如對(duì)于隧道斷面，可選擇頂部(約90度方向)、兩腰(約45度和135度方向)及兩底(約O度和180度方向)這5個(gè)部位進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)；
[0056](2)在所需布置錨桿的巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔，孔徑比錨桿略大；同時(shí)，在距離監(jiān)測(cè)斷面不遠(yuǎn)的地方，安裝并固定好光纜接線盒；
[0057](3)將封裝成一體的智能錨桿的無(wú)引出光纜的一端插入鉆好的錨孔內(nèi)并至一定的深度，將引出光纜圓潤(rùn)自然得順著圍巖或鋼筋網(wǎng)或鋼骨架等引出至預(yù)先固定好的線盒之中，途中作必要的固定和保護(hù)，完成智能錨桿的就位；
[0058](4)向裝入錨桿的孔道內(nèi)注入速凝水泥砂漿，其中注漿質(zhì)量控制和蓋板等的設(shè)置可參考普通錨桿的安裝手冊(cè);待水泥砂漿凝固即完成智能錨桿的布設(shè)安裝；
[0059](5)兩根連接無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器并從智能錨桿內(nèi)引出的引出光纜在穿入接線盒后，用光纖耦合器將兩者耦合，耦合連接部位置于接線盒內(nèi)，耦合后的輸出光纜則從接線盒中引出，順著隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁，一直引至安置好的光纖光柵解調(diào)儀，并在途中作必要的固定和保護(hù)；
[0060](6)智能錨桿與其他錨桿和剛骨架等都安裝就位之后，隨即噴射混凝土進(jìn)行噴錨，完成該斷面位置的襯砌施工。
[0061]所述基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的多功能智能錨桿也可在巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔后，向孔道內(nèi)裝入速凝錨固藥卷，然后插入錨桿，捅破速凝錨固藥卷而實(shí)現(xiàn)固結(jié)安裝。對(duì)于像泥層的較軟粘性介質(zhì)體，可以鉆一個(gè)直徑比錨桿略小的孔道，將錨桿直接插入，并在端部用錘擊等方法頂入。
[0062]本發(fā)明的基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的多功能智能錨桿的工作原理如下:
[0063]本發(fā)明的基于長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的多功能智能錨桿，是將含有多個(gè)傳感單元的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器安裝并封裝于錨桿之內(nèi)，因此錨桿因受力而引起的應(yīng)變將被長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感器的所有傳感單元捕捉，由于有多個(gè)傳感單元，因此能捕捉到錨桿不同位置的應(yīng)變，繼而推算出錨桿在不同位置的應(yīng)力以及承載情況。同時(shí)，可根據(jù)錨桿長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)標(biāo)距應(yīng)變分布，在可不計(jì)其彎曲影響時(shí)，可以獲得其沿軸向方向的位移。變形量的計(jì)算可如下進(jìn)行:先求出經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償后的每個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距傳感單元標(biāo)距內(nèi)的應(yīng)變值，然后乘以其標(biāo)距長(zhǎng)度得到該長(zhǎng)標(biāo)距傳感單元的變形量，然后累計(jì)整個(gè)錨桿上的變形量。如圖8所示，通過(guò)測(cè)出標(biāo)距L1、L2和L3之間的平均應(yīng)變?chǔ)?、ε2和ε3，則可根據(jù)公式Δ =ε1.Ll+e2.L2+e3.L3求出錨桿兩端的總位移量A。對(duì)于圍巖來(lái)講，特別是對(duì)于新奧法隧道開(kāi)挖等用爆破等手段開(kāi)挖的時(shí)候，會(huì)使得巖層出現(xiàn)一定程度的破碎，因此加入錨桿進(jìn)行支護(hù)后，在不同深度的應(yīng)力應(yīng)變也將不同，因此本發(fā)明的智能錨桿能比較準(zhǔn)確得反映出由于巖層內(nèi)部?jī)?nèi)力重分布而引起的應(yīng)力不均情況，從而能準(zhǔn)確得反映錨桿真實(shí)的受力及承載支護(hù)情況。多個(gè)智能錨桿布置在圍巖的不同位置，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的錨桿承載情況，以及圍巖支護(hù)和穩(wěn)定情況，這對(duì)圍巖監(jiān)測(cè)非常重要。
[0064]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能智能錨桿，其特征在于:包括無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器、光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器、環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠、鎧裝光纜和軟塑料套管； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器安裝在錨桿沿縱向所開(kāi)的小槽內(nèi)，并通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂或植筋膠封裝； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器包括多個(gè)依次串聯(lián)的長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元，所述長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵傳感單元包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的兩端分別固定在套管的錨固段； 所述光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器包括套管、封裝在套管內(nèi)的光纖和刻寫(xiě)在光纖上的光柵，光纖的一端固定在套管的錨固段，另一端自由，套管兩端封閉； 所述無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和光纖光柵多點(diǎn)溫度補(bǔ)償輔助傳感器分別與鎧裝光纜連接，從錨桿內(nèi)引出，所述鎧裝光纜穿于軟塑料套管之中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多功能智能錨桿的安裝布設(shè)方法，其特征在于:包括以下幾個(gè)步驟: (1)針對(duì)實(shí)際工程的具體情況，選定監(jiān)測(cè)的具體位置;選擇比較關(guān)鍵和危險(xiǎn)的斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在每個(gè)斷面，選取有代表性的位置進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測(cè)； (2)在所需布置錨桿的巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔，孔徑比錨桿大；同時(shí)，在距離監(jiān)測(cè)斷面不遠(yuǎn)的地方，安裝并固定好光纜接線盒； (3)將封裝成一體的智能錨桿的無(wú)引出光纜的一端插入鉆好的錨孔內(nèi)，將引出光纜圓潤(rùn)自然得順著圍巖或鋼筋網(wǎng)或鋼骨架引出至預(yù)先固定好的線盒之中，途中作固定和保護(hù)，完成智能錨桿的就位； (4)向裝入錨桿的孔道內(nèi)注入速凝水泥砂漿，待水泥砂漿凝固即完成智能錨桿的布設(shè)安裝； (5)兩根連接無(wú)熔接長(zhǎng)標(biāo)距多光柵傳感器和溫度補(bǔ)償輔助傳感器并從智能錨桿內(nèi)引出的引出光纜在穿入接線盒后，用光纖耦合器將兩者耦合，耦合連接部位置于接線盒內(nèi)，耦合后的輸出光纜則從接線盒中引出，順著隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁，一直引至安置好的光纖光柵解調(diào)儀，并在途中作固定和保護(hù)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多功能智能錨桿的安裝布設(shè)方法，其特征在于:所述多功能智能錨桿在巖體或其他介質(zhì)上沿深度方向鉆孔后，將智能錨桿插入并在孔道內(nèi)注入速凝水泥砂漿，或先在孔道內(nèi)裝入速凝錨固藥卷，然后插入錨桿，捅破速凝錨固藥卷而實(shí)現(xiàn)固結(jié)安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能智能錨桿的安裝布設(shè)方法，其特征在于:對(duì)于像泥層的較軟粘性介質(zhì)體，鉆一個(gè)直徑比錨桿略小的孔道，將錨桿直接插入，并在端部用錘擊方法頂入。
【文檔編號(hào)】E02D5/74GK105973285SQ201610559678
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月15日
【發(fā)明人】萬(wàn)春風(fēng), 趙學(xué)亮, 夏呈
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)