一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測(cè)試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種隧道鎖腳錨管受力特性的測(cè)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(cè)試裝置。其可以準(zhǔn)確的測(cè)試隧道實(shí)際施工過程中鎖腳錨管的應(yīng)力和彎矩。本實(shí)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(duì)稱的4個(gè)長槽，4個(gè)長槽的軸線相平行，每個(gè)長槽的兩端設(shè)置有圓孔一和圓孔二，每個(gè)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(gè)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(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種隧道鎖腳錨管受力特性的測(cè)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(cè)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(huì)增大。軟弱圍巖隧道變形大，強(qiáng)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(tái)階法開挖的IV、V級(jí)圍巖隧道中，在上臺(tái)階初支開挖完成后，為防止下臺(tái)階開挖引起初期支護(hù)下沉，常在下臺(tái)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(gè)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(jì)實(shí)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(jī)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(diǎn)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(shí)際受力存在一定的偏差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)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(cè)試裝置，其可以準(zhǔn)確的測(cè)試隧道實(shí)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(shí)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(cè)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(duì)稱的4個(gè)長槽，4個(gè)長槽的軸線相平行，每個(gè)長槽的兩端設(shè)置有圓孔一和圓孔二，每個(gè)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(gè)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(cè)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(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:
[0009]1、本實(shí)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(duì)性的提出了測(cè)試隧道鎖腳錨管受力特性的裝置；
[0010]2、利用該測(cè)試裝置既可以測(cè)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(jī)理；
[0011]3、相比于其他測(cè)試裝置而言，布設(shè)光纖光柵的鎖腳錨管受力特性測(cè)試裝置，測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)、零漂小，可以實(shí)現(xiàn)鎖腳錨管受力特性的長期監(jiān)測(cè)；
[0012]4、該測(cè)試裝置是利用在一根裸光纖上刻寫多個(gè)光柵，并將其封裝于錨管管身凹槽內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，而且該裝置測(cè)量時(shí)不易受電磁干擾、耐久性強(qiáng)，更適用于施工現(xiàn)場(chǎng)。
【附圖說明】
[0013]圖1本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2本實(shí)用新型光纖光柵測(cè)試原理示意圖
[0015]圖3本實(shí)用新型光纖光柵各測(cè)點(diǎn)布置平面示意圖；
[0016]圖4本實(shí)用新型測(cè)試裝置斷面示意圖；
[0017]圖5本實(shí)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(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本設(shè)計(jì)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(cè)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(duì)稱的4個(gè)長槽3，4個(gè)長槽3的軸線相平行，每個(gè)長槽3的兩端設(shè)置有圓孔一 2和圓孔二 4，每個(gè)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(gè)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(cè)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(cè)量錨管管身不同截面的應(yīng)變時(shí)，可在不同的截面處按上述方法進(jìn)行布設(shè)測(cè)點(diǎn)，如圖2、圖3所示。
[0026]本實(shí)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(gè)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(tái)，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(cè)試范圍確定，之后按同樣的方法在管身的其余三個(gè)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(cuò)布置的形式來降低管身小孔對(duì)鎖腳錨管強(qiáng)度的影響。對(duì)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(cuò)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(jī)對(duì)鎖腳錨管管身拉槽進(jìn)行打磨拋光處理。然后用砂紙將測(cè)點(diǎn)處的拉槽再次進(jìn)行打磨，使測(cè)點(diǎn)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?hào)?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(yàn)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(dòng)平移臺(tái)通過利用分厘卡驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)光柵進(jìn)行高精度的手動(dòng)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(gè)測(cè)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(cè)試斷面所在的位置一一對(duì)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(gè)柵區(qū)所在的凹槽內(nèi)注入航天膠，并對(duì)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(shí)度，待12個(gè)小時(shí)后膠水完全固化，再逐個(gè)對(duì)管身最上方凹槽內(nèi)的其他柵區(qū)進(jìn)行固定。最后，對(duì)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(duì)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(hào)。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(duì)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(shí)用光纖光柵解調(diào)儀對(duì)波峰進(jìn)行時(shí)時(shí)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(hào)。
[0035](9)保護(hù):鎖腳錨管試驗(yàn)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(duì)光纖光柵和鎧裝光纜加以保護(hù)。對(duì)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(duì)于鎧裝光纜的保護(hù)，由于在現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí)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(gè)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(cè)試管身波長的變化量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種埋設(shè)光纖光柵的隧道鎖腳錨管受力特性測(cè)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(duì)稱的4個(gè)長槽(3)，4個(gè)長槽(3)的軸線相平行，每個(gè)長槽(3)的兩端設(shè)置有圓孔一 (2)和圓孔二 (4)，每個(gè)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(gè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(hào)】G01L1/24GK205654365SQ201620451950
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月18日 公開號(hào)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(qǐng)人】長安大學(xué)