第二讲 钻孔倾斜仪监测技术

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钻孔、安装测斜管、注浆回填
测管底部钢托盘
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(2) 监测过程中采取的有效措施
① 自制的电缆绞车使用方便,解决了长电缆量测时容易引起绞 线的问题。自制的模拟探头在深孔测斜管埋设时保证了量测 探头的安全。测孔孔口的保护也采取了特殊措施。 ② 在应用DMM软件分析整理监测数据资料中,由于测孔较深, 测斜管安装过程中产生的扭转势必影响测量结果,对此采用 扭转探头测得测斜管的扭转角度并予以修正计算,求得的A 向和B向位移再经合成计算以得到主位移及其方向。全部修 正计算和合成计算及数据通讯均采用计算机进行。 ③ 在钻孔、测斜管埋设和注浆回填中采用的一系列实用技术, 以及在应用国外先进设备进行量测中所作的软件二次开发具 有独创性。
基本概念
• 数据通讯:RS-232C及相应通讯软件 USB总线 • 输出测量结果: Windows操作界面,显示,绘图,打 印报表, Excel表格, Word编写监测报告。 • Z-80单板机,MCS-51单片机,USB-485通讯转换器 , 现场远距离分布式网络数据传输,网络信息系统。 • 量程:传感器或仪表能够测量的最大范围。 • 分辨率:传感器或仪表能够分辨的最小读数。 • 精度:传感器或仪表测量结果的准确程度叫精度。 • 应力:物体受外力作用时单位面积上所受的内力。 • 应变:当材料在外力作用下不能产生位移时,它的几 何形状和尺寸将发生变化,这种形变称为应变。 l • 应力与应变的关系:σ =E×ε
5. 新渔坝古错落体稳定性深孔监测技术
新渔坝古错落体
阳安线新渔坝隧道
新渔坝隧道古错落体稳定性深孔监测测斜孔布置剖面图
(1) 钻孔和测斜管埋设及注浆回填技术
① 严格控制钻孔倾斜度和成孔质量。由于古错落体岩层复杂,在钻孔过程中 遇到不少困难,采取多种措施解决漏浆问题,保证成孔质量。钻孔倾斜 度不超过2°。 ② 测斜管的安装和回填注浆。采用2m长的PVC-70型测斜管,接头密封材料 采用绝缘自粘胶带加密封胶粘剂及502胶水。堵头用环氧树脂和水泥浆加 镀锌铁皮预先处理。另外,还特制了钢托盘,用钢丝绳将测斜管吊在钻 孔机架上进行安装。回填注浆采用注浆水管从孔底用注浆泵注水泥浆和 孔口轮番注水泥浆及细砂的办法回填测斜管与孔壁之间的缝隙。注浆回 填后,测斜管口用钢套管保护,并砌筑平台及混凝土盖以防测斜管在野 外遭破坏。 ③ 测斜管埋设中采用平衡水位降压法和自由旋转提吊法下沉测斜管保证了深 达150m的测斜管的顺利安装,分别从上下两头注浆并加砂回填也保证了 测斜管与钻孔壁之间的密实度,从而确保了监测数据的可靠性。
7. 地铁车站基坑围护结构变形监测
基坑开挖引起 支护结构侧移和地表沉降
明挖施工-地下连续墙变形检验
桩中测斜管
钢筋笼中测斜管
度量测斜管 导槽方位角
预先连接测斜管
现场情况
测斜仪监测 连续墙变形
主体结构开始施工
TW03 位移值/mm
-40 -20 0 20 40 60 80 100
0
5
埋深/m
1~6轴开挖10m


测量电路:
x
待测量
传感器
y1
匹配 电路
y2
数据采 集装置
y3
数据 通讯
数据处 y 理装置 输出
结果
基本概念
• 传感器:包括所有把物理量变成电学量的部件。 • 敏感元件:把物理量变成电学量的变换元件。 • 数据采集装置,振弦式:ZXY-1,ZXY-3。 应变式:TC-21K, UCAM-1A。 • 匹配电路:MC-1无触点分线盒 • 数据处理装置:笔记本计算机
-40 -30 -20 -10 0
位移量(mm)
10 20 30 40 50 60 70
0
T2 土体
0
TW4 墙体
5
本次累计位移量 (mm)07.08.12
孔深(m)
孔深(m)
10
10
本次累计位移量 (mm)07.08.29
前次累计位移量 (mm)07.07.29
15
前次累计位移量 (mm)07.08.12
测斜仪监测 和数校验功能
测孔保护方法
(3). 数据资料的整理和计算方法
• 监测过程中首先要取得基准值,然后定期监测滑 坡位移变化值,测得的数据按照下列公式计算: • ① 测段内位移 Ut=(R0-R180)×L/2K • ② 位移增量 ΔUt=Ut-U0 • ③ 累计位移 Dht=∑ΔUt • ④ 位移速率 Vt=(Dht-Dhti-1)/(Ti-Ti-1) • ⑤ 合位移 D=√(Da2+Db2) • 合位移与A0方向的夹角 Ф=arctg(Db/Da)
l
主要内容
1. 钻孔倾斜仪监测原理 2. 钻孔倾斜仪测试系统组成 3. 测斜仪应用范围 4. 测斜仪安装技术 5. 新渔坝古错落体稳定性深孔监测技术 6. 深孔监测技术推广应用情况 7. 地铁车站基坑围护结构变形监测 8. 广州地铁应用情况
1.钻孔倾斜仪监测原理
钻孔倾斜仪监测在目前是观测岩土内部水平位移的有 效手段。它是一种用倾斜仪每隔一定时间逐段测量钻孔的 斜率,以获得岩土水平位移及其随时间变化的原位观测方 法。测量探头为数字伺服加速度计式,其原理是根据摆锤 受重力影响,通过测取加速度计的敏感轴与铅垂线的夹角 来测定钻孔的斜率。如果钻孔垂直,加速度计的敏感轴位 于水平面内,则其在水平面内的投影为零,加速度计的输 出则为零位输出;如果钻孔倾斜引起加速度计的敏感轴倾 斜时,重力加速度计的投影不再为零,其输出就发生变化, 从而可测出相对于被测面的倾角变化。钻孔内安装测斜管, 测斜管的变形代表了滑坡造成的钻孔变形。
墙顶水平位移
2.区间隧道
拱顶沉降 洞周收敛 衬砌应力 锚杆拉力
内支撑 (轴力)
基坑底 围护结构 (变形)
3.周边环境监测
地面沉降 建(构)筑物沉降、倾斜、裂缝观测 地下水(水位、水压)
2、基本概念
• 非电量的电测方法: 应用物理效应,把待测物理量变换成电学量,并进一步 进行测量的全部过程。 待测物理量: ① 应变ε,量纲με(微应变); ② 位移δ,量纲μm(微米),mm; ③ 拉力和压力F,量纲N(牛顿),kN; ④ 压强p和应力σ,量纲Pa(帕),kPa,MPa; ⑤ 温度t,量纲 ℃(摄氏度)。
工作环境:
· 温 度: -20~50℃ (适用于测斜管 PVC塑料管、铝管)
3. 测斜仪应用范围
■高层建筑的深基坑监测 ■地铁施工监测 ■水库、大坝安全监测 ■水电工程施工监测 ■电厂高边坡监测 ■港口建设监测 ■公路路基、山体滑坡监测 ■铁路路基、滑坡监测 ■地质灾害滑坡监测
4. 测斜仪安装技术
10
3-27 4-27 5-25 6-1 6-8 6-15 6-22 6-25 6-27 6-29 7-6 7-11 7-13 7-20 7-27 8-3
不同工况下 连续墙体变形曲线
开挖17m,三道支撑
15
20
拆除三道支撑,结构7m
连续墙体与侧面土体变形曲线的比较
位移量(mm)
-30.00 -10.00 10.00 30.00 50.00
回 顾
• • • • • • • 前 言 振弦式传感器测试技术 钻孔倾斜仪监测技术 电阻应变仪测试系统 机械式量测仪器(收敛计、位移计) 光学量测仪器(全站仪、水准仪 ) 无损检测
(地质雷达、超声波探测仪、回弹仪)
第一讲
第二讲
第三讲
前 言
地面沉降 测斜管
土体 侧向位移
1、地铁监测项目
建筑物沉降
1.车站基坑监测
⑥ 位移扭转修正计算
• 由于测孔较深,测斜管安装过程中产生的扭转势必影响测量结果,对 此采用扭转探头测得扭转角予以修正计算,求得的A向和B向位移再 经过合成即得到主位移及其方向。全部修正和合成计算及数据通讯均 采用计算机进行。同时,对原DMM程序进行了软件二次开发,其中 计算公式(程序循环体)如下: • FOR j=1 TO m • FOR i=n TO 1 STEP –1 • X(j,i)=A(j,i)*cos(D(i))-B(j,i)*sin(D(i)) • Y(j,i)=A(j,i)*sin(D(i))+B(j,i)*cos(D(i)) • C(j,i)=SQR(X(j,i)*X(j,i)+Y(j,i)*Y(j,i)) • C(j,i)=INT(C(j,i)*100)/100 • R(j,i)=ATN(Y(j,i)/X(j,i)) • NEXT I • NEXT j
没有保护盖
管口已破坏
孔内填充赃物 正在监测
A0方向不垂直
A0方向垂直
A0方向45°
已加保护盖
保护较好的测孔
测斜管保护装置
TW02 位移值/mm
-30 -20 -10 0 10 20 30
0
基准值 为零是 不对的
基准值 是管子 的形状
3-27 4-27 5-25 6-1 6-8 6-15 6-22 6-23 6-24 6-25 6-27 6-29 7-6 7-13 7-20 7-27
(2).钻孔 选定测孔部位后,钻直孔(倾斜不超过2°),孔径应大于测斜管外径50mm。
(3).测斜管安装与埋设 预接测斜管:测斜管应该在一平正的场地预先对接打孔(不铆)并作标记, 每根测斜管的一 端应事先按号接头,用铆钉铆好并进行密封。 下沉安装测斜管:将测斜管用钻机卷扬机吊起并沉入钻孔内,最先下入的 一根测斜管底端要装上底盖,作好密封。每根测斜管的 对接在现场边下边接 (按预先作好的标记对接) ,测斜管在下沉过程中要使测斜管中的一对导槽与 岩体的滑动方向一致。测斜管的 埋设深度应大于岩体变形深度的3~5m。
(4).灌浆固结 将灌浆管(3/4铁管)用钻机卷扬机吊起边接边下入测斜管与钻孔壁 间隙内,一直下到距钻孔底1m为止。下管时不要太快,以防止碰 坏 测斜管接头。 灌浆材料可用水泥浆,固结后的浆体力学性能应与钻孔周围岩体 相近。水灰比一般为0.5:1。灌浆材料也可用粗砂或米粒石。 在灌浆时由下而上进行,为防止测斜管浮起,要在测斜管内注入 清水,当灌浆深度达到全深的1/4~3/4时,即停止灌浆。过24~28小 时后再灌浆,一直到灌满为止。 (5).洗管与作好孔口保护 灌浆完毕后,应将灌浆管下入测斜管内,用清水泵在管内进行清 洗,直至管口溢出清水为止。洗孔完毕后应作好孔口保护,以防破坏。 待浆料凝固后(一般要20天左右),要量测测斜管导槽的方位,管 口的坐标及高,对安装埋设过程中发生的问题要详细记录。
底层
基床 压力盒 1.58m 3m
沉降磁环 填土 沉降管 20m
钻孔倾斜仪监测原理图
图5.2.3
钻孔倾斜仪监测原理图
2.钻孔倾斜仪 测试系统组成
GK-603型倾斜仪系统
数字记录仪
测斜管
探头
电缆
测斜仪监测连续墙变形
主要参数和技术指标
· 传感器分辨率:±0.02mm/8″ · 测量电缆:Φ 9.5mm六芯导线 · 系统总精度:±4mm/15m · 数字显示:4.5位 · 导轮间距: 500mm · 数字记录方式:人工记录和数据存储两种 · 测头尺寸: Φ 32×660mm · 水 压:0.68640~0.7845MPa · 测头重量: 2.5kg(适用于地下水深70~80m) · 测量范围: 0±50° · 电源可充电
5
埋深/m
10
15
孔底没 有直线 段部分
20
较好的测点
不规范测点
塔吊基座 CX02# 测 斜 孔
测点设置不合理
竖井工点
水位测孔SW1-1
水位孔距基坑太近
标尺水位计监测水位
土体测斜孔
竖管式水位、压力计
标尺水位计
渗水压力计
50329型水平倾斜传感器
12m 道渣 0.6m 1.9m 表层 粉煤灰 5m 水平测斜管
(1).测孔布置与设计 根据可能发生滑移变形的方向及位移的大小选定有代表性的地段布置测孔。 布孔之前调查观测地段的地形、地质条件及工程概况。对观测的地层、岩 性、地质构造及地下水活动等情况作出平面地质图,纵横地质剖面图。对于 软弱夹层的产状,分布的特点,对每一测孔的钻孔岩芯 尽量取出作详细描述, 绘制钻孔岩芯柱状图。对于布置土体中的观测点也应遵循以上原则。
20
20
测斜中存在的问题
(1) 测斜管埋深不够 (2) 测斜管与钻孔间回填不密实 (3) 安装测斜管导槽方向与临空面不垂直(应该在计 算中进行修正) (4) 测斜管口没有保护措施(造成孔底基准不一致) (5) 监测数据未进行和数校验 (6) 有的没有基准值数据(以零为基准是不对的) (7) 应该求得测斜管安装后的形状 (8) 应该在开挖前取得全部测孔基准值,然后随着开 挖进度逐步监测,以取得各工况下的量测值
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