钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置制造方法
【专利摘要】本发明钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，包括设置在抬动观测孔(1)中的测杆(2)，所述测杆(2)的一端位于抬动观测孔(1)孔口外，所述测杆(2)的外端部依次穿过钢板(15)和表座(16)后与连接杆架(11)相连，所述测杆(2)为与抬动观测孔(1)的孔底接触的空心管，所述测杆(2)下部的杆壁上有阻浆塞(3)，所述阻浆塞(3)密封抬动观测孔(1)内壁，所述阻浆塞(3)至抬动观测孔(1)的孔底为测杆(2)的锚固段(17)。该装置可沿任意球径向埋设并进行抬动变形观测，具备安装简便、测量精确、装置易于回收再利用等优点。同时由于设置了多重保护机制防止抬动观测装置失效，因而具有很强的可靠性能。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水利水电工程灌浆安全监测【技术领域】，具体地指一种钻孔内埋式任意 球径向灌浆抬动变形观测装置。 钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置

【背景技术】
[0002] 随着我国水利水电工程建设的高速推进，用于基础处理和结构补强的灌浆技术得 到广泛应用。但是，与之配套的抬动变形观测技术特别是核心观测装置基本没有改进。目 前灌浆工程中广泛采用的抬动变形观测装置主要为垂直向下、钻孔内埋式装置（以下简称 常规装置），其主要功能为在灌浆时监测岩体或结构垂直向上的抬动变形，一般只适用于垂 直工作面向下钻孔灌浆时（如帷幕灌浆、常规坝基固结灌浆等工程灌浆）埋设、观测。而对 陡倾、直立岩面和任意上仰方向灌浆时（如高拱坝斜坡坝段基岩灌浆、地下厂房洞室围岩 固结灌浆、顶拱回填灌浆等工程灌浆），需要监测斜向下方的抬动变形，即要求在任意球径 向埋设抬动装置，工程实践中尚无可靠的变形观测装置供大规模采用。若直接采用垂直向 下、钻孔内埋式的常规装置则存在如下问题：
[0003] (1)当埋设方向为近似水平或任意向上仰时，孔底锚固砂浆（或水泥浆）难以通过 抛投（或自流）的方式在自重作用下进入孔底凝固，不能形成可靠锚固段。
[0004] (2)外套管和岩壁之间的缝隙不能采用注水下砂的方式进行有效填充，难以有效 阻隔通过钻孔裂隙渗入孔内的水泥浆液，从而导致外套管与岩体抱死。
[0005] (3)起孔底隔浆作用的粘土或黄油不能在自重作用下充满相应孔段并形成孔底隔 浆段。
[0006] (4)外套管、内测杆在重力作用下易从安装孔内自动脱落。
[0007] 上述任何一种安装缺陷均会导致该抬动观测装置失效。
[0008] 因此，以往通常采用的垂直向下、钻孔内埋式装置无法应用于陡倾、直立岩面灌浆 或任意上仰方向灌浆抬动变形观测，亟待研究出一种能在任意球径向安装观测的抬动变形 装置，以适应工程大规模应用的需要。


【发明内容】

[0009] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观 测装置。该装置在功能上具备观测任意球径向的灌浆抬动变形、使用过程可靠稳定、测量数 据精度高等特点；同时该装置可在狭窄有限的空间内埋设，且安装过程便捷、高效。
[0010] 本发明的技术方案是通过如下措施来达到：钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形 观测装置，包括设置在抬动观测孔中的测杆，所述测杆的一端位于抬动观测孔孔口外，所述 测杆的外端部渐次安装钢板、磁性表座以及连接杆架，所述连接杆架另一端与千分表相连， 所述千分表设置于抬动观测孔孔口旁的混凝土墩上，其特征之处在于：所述测杆为与抬动 观测孔的孔底接触的空心管，所述测杆下部的杆壁上有阻浆塞，所述阻浆塞密封抬动观测 孔内壁，所述阻浆塞至抬动观测孔的孔底为测杆的锚固段，所述锚固段内有水泥浆液。 toon] 在上述技术方案中，所述阻浆塞由中心设有供测杆穿过的通孔的圆形钢板和向所 述圆形钢板的边缘处缠绕的防渗土工膜组成。通过圆形钢板的隔挡性和防渗土工膜的周圈 密封性，阻浆塞和抬动观测孔的孔壁边界可形成完备的密闭空间，使得通过测杆注入的水 泥浆液封闭于阻浆塞下部。
[0012] 在上述技术方案中，所述阻浆塞下方测杆的杆壁上开有泄浆孔。泄浆孔可使注入 测杆内的水泥浆液更畅通、快速地分散开并流入抬动观测孔的孔底。
[0013] 在上述技术方案中，在所述阻浆塞朝抬动观测孔孔口方向以上设有套管，且所述 套管通长嵌套在测杆外周。当孔内发生串浆时，套管作为岩壁和测杆之间隔浆体，可有效避 免岩壁与测杆通长被浆液焊接为整体，从而确保抬动值观测结果不受到影响。
[0014] 在上述技术方案中，所述套管底端与阻浆塞之间具有空腔，所述套管与阻浆塞通 过防渗土工膜凸起隔开。常规观测装置在该部位使用粘土或者黄油用于隔浆，由于其强度 一般较低，易被串浆后高压浆液击穿破坏，当浆液进入套管内部并将其与测杆焊为整体后， 将最终导致抬动观测装置失效；而此处通过使用结构强度较高的防渗土工膜，可有效提高 抬动观测的有效性，同时实现了在不依靠自重的作用下，沿任意向对套管底部一段进行填 充并形成孔底隔浆段的目的。
[0015] 在上述技术方案中，所述测杆和套管由多个分段通过丝扣连接组成。以便观测完 成后逐段反转丝扣后从抬动观测孔中取出回收。此举一方面适应于在有限空间进行观测装 置安装，同时也便于观测装置的后期再利用。
[0016] 在上述技术方案中，所述套管外壁通长缠绕防渗土工膜。当孔内发生串浆时，常规 装置采用的粉细砂因自身结构松散，存在隔浆失效的可能性，可靠性相对较差；而套管外的 防渗土工膜能更有效阻隔浆液抱死套管，防止抬动观测装置失效，同时也实现了在不依靠 自重的作用下，沿任意向对孔壁缝隙进行填充并形成孔壁隔浆体的目的。
[0017] 在上述技术方案中，所述套管外壁的防渗土工膜分段缠绕并相互重叠搭接，各相 邻段搭接处通过铁丝或生胶带对防渗土工膜绑扎固定。由于测杆和套管均为分段连接，则 防渗土工膜也相应地分段缠绕在套管外壁，并妥善固定以方便安装。
[0018] 在上述技术方案中，所述套管在抬动观测孔的孔口处通过膨胀螺栓固定在岩面 上。膨胀螺栓将套管固定在观测孔的孔口的岩壁上，确保套管不会自孔中滑落。
[0019] 本发明的设计原理为：沿任意球径向钻抬动观测孔，将空心的测杆放入抬动观测 孔，在测杆靠近孔底部位焊接圆形钢板，缠绕防渗土工膜，形成阻浆塞。利用阻浆塞和孔壁 (底）形成的边界，保证在任何角度下（包括上仰）注入孔底的水泥浆液均能凝固形成锚固 段，并兼有隔浆作用。测杆锚固在抬动观测孔孔底，作为绝对不动端。外套管缠绕防渗土工 膜后逐段下入观测孔中，以此作为隔浆体来保护测杆、套管二者与基岩不被水泥浆铸死。工 程灌浆时，基岩受灌浆压力的作用产生相对测杆的位移后，可通过孔口安装的千分表准确 观测。
[0020] 与现有技术相比，本发明对抬动变形观测的核心装置做了重大改进，优势明显，效 果积极，具有以下优点：
[0021] (1)可沿任意球径向埋设。通过在测杆靠近孔底部位焊接圆形钢板及缠绕土工膜 形成阻浆塞、在外套管通长缠绕防渗土工膜、测杆钻凿泄浆孔、孔口套管焊接圆形钢板和采 用膨胀螺栓等措施保证了在任何角度下（即空间球径向）均能可靠安装。而常规装置只能 适用于垂直工作面向下钻孔灌浆时埋设。
[0022] (2)可靠性更好。当钻孔内发生串浆时，套管外的防渗土工膜可有效阻隔浆液进入 孔内抱死套管和测杆，防止抬动观测装置失效。而常规装置采用的粉细砂则存在阻隔浆液 失效的可能性，可靠性相对较差。另外，常规装置孔底采用粘土或石膏黄油进行隔浆，由于 其强度一般较低，易被高压浆液击穿破坏，从而导致套管、测杆与基岩焊为整体，出现抬动 观测装置失效的情况。
[0023] (3)易回收利用。沿外套管缠绕的防渗土工膜可有效防止套管与孔内浆液凝固抱 死情况的出现，观测完成后，可逐段反转丝扣后拉出回收利用。而常规装置则存在外套管与 浆液局部凝固导致回收困难或整体报废的情况。
[0024] (4)安装更简便，容易控制质量。安装时直接采用市场出售的防渗土工膜、钢套管、 测杆等标准件（材料），工序相对简单，安装程序标准化，容易控制质量。而常规装置安装时 还需另外熬制石膏黄油或搓制粘土球以及注水下沙等，工序复杂，安装质量难以控制。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1为本发明第一个实施例安装完成后的完整结构示意图（水平方向）；
[0026] 图2为图1中I处放大结构示意图；
[0027] 图3为图1中A-A处剖视结构示意图；
[0028] 图4为图1中B-B处剖视结构示意图；
[0029] 图5为图1中C-C处剖视结构示意图；
[0030] 图6为本发明第一个实施例安装过程中的孔内结构示意图（水平方向）；
[0031] 图7为测杆、套管及防渗土工膜分段连接结构示意图；
[0032] 图8为图7中D-D处剖视结构示意图；
[0033] 图9为本发明第二个实施例安装完成后的完整结构示意图（垂直向上方向）。
[0034] 图中：1.抬动观测孔，2.测杆（或称内测杆），2.1.第η段测杆，2.2.第n+1段 测杆，2. 3.测杆丝扣，3.阻浆塞，4.套管（或称外套管），4.1.第η段套管，4.2.第n+1段 套管，4. 3.套管丝扣，5.防渗土工膜，5.1.第η段防渗土工膜，5. 2.第n+1段防渗土工膜， 5. 3.铁丝或生胶带，6.泄浆孔，7.水泥浆液，8.塑料软管，9.棉纱，10.膨胀螺栓，11.连接 杆架，12.混凝土墩，13.玻璃板，14.千分表，15.钢板，16.磁性表座，17.锚固段，18.空腔， 19.防渗土工膜凸起，G.岩面，图中箭头所示方向为水泥浆液流向。

【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅 作举例而已。同时通过以下说明，本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
[0036] 参阅附图可知：本发明钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，包括设置 在抬动观测孔1中的测杆2,所述测杆2的一端位于抬动观测孔1孔口外，所述测杆2的外 端部渐次安装钢板15、磁性表座16以及连接杆架11，所述连接杆架11另一端与千分表14 相连，所述千分表14设置于抬动观测孔1孔口旁的混凝土墩12上，其特征在于：所述测杆 2为与抬动观测孔1的孔底接触的空心管，所述测杆2下部的杆壁上有阻浆塞3,所述阻浆 塞3密封抬动观测孔1内壁，所述阻浆塞3至抬动观测孔1的孔底为测杆2的锚固段17,所 述锚固段内有水泥浆液7(如图1、图6、图9所示）。
[0037] 具体的，所述阻浆塞3由中心设有供测杆2穿过的通孔的圆形钢板和向所述圆形 钢板的边缘处缠绕防渗土工膜5组成（如图3所示）。所述阻浆塞3下方测杆2的杆壁上 开有泄浆孔6。在所述阻浆塞3朝抬动观测孔1孔口方向以上设有套管4,且所述套管4通 长嵌套在测杆2外周（如图1、图2、图9所示）。
[0038] 所述套管4底端与阻浆塞3之间具有空腔18,所述套管4与阻浆塞3通过防渗土 工膜凸起19隔开（如图1、图2所示）。所述测杆2和套管4由多个分段通过丝扣连接组 成。所述套管4外壁通长缠绕防渗土工膜5。所述套管4外壁的防渗土工膜5分段缠绕并 相互重叠搭接，各段接口处通过铁丝或生胶带5. 3对防渗土工膜5绑扎固定（如图7、图8 所示）。所述套管4在抬动观测孔1的孔口处通过膨胀螺栓10固定在岩面G上（如图9所 示）。
[0039] 本发明钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置的第一个实施例以抬动观 测装置按照水平方向埋设且钻孔孔径为Φ76_作为示例，如图6所示。套管4、测杆2等相 关设备的规格相应与之配套。实施步骤包括：
[0040] 步骤1).根据观测需要沿水平方向钻设抬动观测孔1
[0041] 根据需要，采用地质钻或潜孔钻沿水平方向钻设抬动观测孔1，入岩孔深一般 > 15m。抬动观测孔1完成并经检验合格后，用风压将孔内水扬出吹干。
[0042] 步骤2).测杆2、阻浆塞3和套管4加工、安装
[0043] 测杆2由C>25mm薄壁空心钢管制成；阻楽塞3主体由直径为65mm的圆形钢板制 成，且中心加工有直径略大于测杆2圆孔，同时在圆形钢板边缘处缠绕防渗土工膜5。
[0044] 阻浆塞3在距离测杆2底部lm处与测杆2外壁焊接。测杆2位于孔底和阻浆塞3 之间部位开泄浆孔6以用于后期灌注锚固水泥浆液7。在阻浆塞3朝向孔口方向的约0. 3m 一段继续缠绕多层防渗土工膜5,且要求沿阻浆塞3径向缠绕成朝向测杆2的防渗土工膜凸 起19,并用多道铁丝或生胶带5. 3扎紧。
[0045] 套管4采用Φ60_钢管制成，通过嵌套方式安装在在测杆2外。套管4底端与阻 浆塞3之间具有空腔18,套管4与阻浆塞3通过防渗土工膜凸起19隔开，且套管4管底防 渗土工膜凸起19紧密接触并使之压实。
[0046] 待以上测杆2、阻浆塞3和套管4加工及组装完成后，整体插入抬动观测孔1中，并 用棉纱9封堵孔口。完成后的套管在抬动观测孔1孔口外露15cm，测杆2在抬动观测孔1 孔口外露20cm。
[0047] 特别地，考虑到安装空间一般有限，同时为便于观测装置的后期回收再利用，测杆 2及套管4应分段加工、分段整体下插，并宜采用正反扣方式连接。如图7和图8所示，第η 段测杆2. 1与第η+1段测杆2. 2通过测杆丝扣2. 3连接，同时第η段套管4. 1与第η+1段 套管4. 2通过套管丝扣4. 3连接。相应的，套管外壁的第η段防渗土工膜5. 1与第η+1段 防渗土工膜5. 2也应分段缠绕并相互重叠搭接，相邻段搭接处以及各段内每50cm应利用铁 丝或生胶带5. 3对防渗土工膜5进行一次绑扎固定，以利于安装。
[0048] 步骤3).锚固段17注浆及待凝
[0049] 测杆2在抬动观测孔1孔口外露端接一塑料软管8,同时将塑料软管8另一端与泵 机相连。随后调节合适的泵送压力，开始向抬动观测孔1孔底注入水泥浆液7,当量测到注 浆量与锚固段17体积接近时停止注浆，注浆完毕后待凝24h，最终形成约lm段长的锚固段 17。
[0050] 步骤4).抬动观测孔1孔口仪器安装及观测
[0051] 在岩面G上立模浇筑混凝土墩12,安装玻璃板13、千分表14,钢板15,磁性表座 16,连接杆架11等设备。调试完成后采用人工或连接自动报警装置进行抬动变形观测。
[0052] 本发明的第二个实施例以按照垂直向上方向埋设且钻孔孔径为Φ76πιπι作为示 例，如图9所示。其他任意方向或孔径的装置埋设与此类似。
[0053] 本实施例的实施步骤与第一个实施例基本相同，区别仅在于步骤1)调整为"根据 观测需要沿垂直向上方向钻设抬动观测孔1";步骤2与步骤3之间还包括"套管端部固定" 的步骤：
[0054] 当抬动观测孔1的角度为上仰或垂直向上时，须在套管4的孔口外露段额外焊接 一环形钢片，采用膨胀螺栓10将套管4固定于岩面G上。
[0055] 其它未详细说明的部分均为现有技术。
【权利要求】
1. 一种钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，包括设置在抬动观测孔（1)中 的测杆（2)，所述测杆（2)的一端位于抬动观测孔（1)孔口外，所述测杆（2)的外端部渐 次安装钢板（15)、磁性表座（16)以及连接杆架（11)，所述连接杆架（11)另一端与千分表 (14)相连，所述千分表（14)设置于抬动观测孔（1)孔口旁的混凝土墩（12)上，其特征在 于：所述测杆⑵为与抬动观测孔⑴的孔底接触的空心管，所述测杆⑵下部的杆壁上有 阻浆塞（3)，所述阻浆塞（3)密封抬动观测孔（1)内壁，所述阻浆塞（3)至抬动观测孔（1) 的孔底为测杆（2)的锚固段（17)，所述锚固段内有水泥浆液（7)。
2. 根据权利要求1所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在 于：所述阻浆塞（3)由中心设有供测杆（2)穿过的通孔的圆形钢板和向所述圆形钢板的边 缘处缠绕防渗土工膜（5)组成。
3. 根据权利要求1所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在 于：所述阻浆塞（3)下方测杆（2)的杆壁上开有泄浆孔（6)。
4. 根据权利要求2或3所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征 在于：在所述阻浆塞（3)朝抬动观测孔⑴孔口方向以上设有套管（4)，且所述套管⑷通 长嵌套在测杆（2)外周。
5. 根据权利要求4所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在 于：所述套管（4)底端与阻浆塞（3)之间具有空腔（18)，所述套管（4)与阻浆塞（3)通过 防渗土工膜凸起（19)隔开。
6. 根据权利要求4或5所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征 在于：所述测杆（2)和套管（4)由多个分段通过丝扣连接组成。
7. 根据权利要求6所述的任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在于：所述套管 (4)外壁通长缠绕防渗土工膜（5)。
8. 根据权利要求7所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在 于：所述套管（4)外壁的防渗土工膜（5)分段缠绕并相互重叠搭接，各段接口处通过铁丝或 生胶带（5. 3)对防渗土工膜（5)绑扎固定。
9. 根据权利要求8所述的钻孔内埋式任意球径向灌浆抬动变形观测装置，其特征在 于：所述套管（4)在抬动观测孔（1)的孔口处通过膨胀螺栓（10)固定在岩面（G)上。
【文档编号】G01B5/30GK104061845SQ201410252634
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】徐年丰, 施华堂, 王汉辉, 李洪斌, 邹德兵, 樊少鹏, 丁刚, 刘权庆, 黄小艳, 肖碧, 王公彬, 卢增木 申请人:长江勘测规划设计研究有限责任公司