一种隧道围岩温度梯度原位测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道围岩温度梯度原位测量系统，包括一根测量杆，测量杆由多节管件接长构成，在测量杆上安装有若干个感温元件，感温元件通过数据线与数据读取、存储设备端连接。本发明专利技术的隧道围岩温度梯度原位测量系统采用若干个管件连接，可以灵活缩短或加长，便于在隧道内展布和收放。该系统可以同时测得测孔内多个温度点，为围岩温度梯度提供详细、准确数据。隧道围岩温度的高效、准确测得，为隧道热冻害划分、施工作业环境健康、隔热保温结构设计、隧道结构全寿命运营安全等，提供科学依据和保障。和保障。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道围岩温度梯度原位测量系统


[0001]本专利技术属于地热学、岩体力学、地下工程施工
，涉及到地温异常区，高地温区和寒区，隧道围岩温度原位测量方法和原理，为隧道热冻害划分、施工作业环境健康、隔热保温结构设计、隧道结构全寿命运营安全等，提供科学依据和保障。

技术介绍

[0002]随着我国公路、铁路建设高速发展，高地温隧道、寒区隧道大量涌现，成为工程界新的研究热点。云贵高原、川藏高原地区地质构造复杂，地热异常区、寒区频现，带来诸多工程难题，如施工环境恶劣、人员健康受损、机械效率降低、衬砌耐久性降低、通风效果不佳等。为采取科学的工程应对措施，测取真实原岩温度成为关键条件。
[0003]目前，测试原岩温度方法主要有地表深孔钻探测温和开挖掌子面钻探测温。通过地表深孔钻探测取原岩温度，单孔多为百米、千米孔，存在钻进效率低、易孔斜、会塌孔、难取芯、费用高等技术和成本问题，单孔不能准确反应隧址纵向温度场分布，同时根据多个工程实例证明，开挖后揭露的围岩温度与地表深孔钻探测取温度存在较大差异，开挖温度往往低于地表钻探温度，这也说明了地表深孔钻探测温存在不确定性。通过开挖掌子面钻探测温，属于原位试验，能真实表达围岩温度，传统的测量方法首先在掌子面附近朝向围岩钻孔，然后将多个感温元件按一定间距绑扎在钢筋上，通过钢筋导入测控内，利用温度读取设备逐个读取测点温度值。该测量方法存在以下几个缺点：(1)测孔深度设置不规范，无科学依据。过深则造成资源浪费，增加成本，过浅则不能反应围岩真实温度。(2)感温元件绑扎在钢筋等金属类杆件上，对测量结果造成不利影响。金属晶格规整，热流散失小，导热性高于周围岩土体，导致测取温度不准确。(3)温度数值读取多为人工逐个读取，效率较低。感温元件通过导线引至测孔口，人工通过读取仪读取每个测点温度，然后记录，对于多出测孔，测量时间成倍增加，工作量大。(4)传统测孔深度多为十几米，用作导入感温元件的钢筋，其存放、展布不方便。
[0004]在现有技术中，公开号为CN112131639A的专利技术专利公布文件公开了一种高速列车过高地温隧道的数值仿真方法，包括：对隧道和列车进行三维建模，获得三维模型；将三维模型导入网格离散软件，并利用网格离散软件对三维模型进行网格离散划分，获得离散模型；将从网格离散软件中导出的离散模型导入CFD仿真软件，获得数学计算模型；在CFD仿真软件内对数学计算模型进行边界条件设置；进行边界条件设置时，包括利用UDF程序对隧道模型内沿长度方向的地温初始温度进行设置；基于数学计算模型计算获得隧道模型内壁和/或列车模型外表面上指定位置处的压力变化曲线。该方案通过对高地温隧道温度场和压力瞬变的研究，可以得出高地温对铁路隧道压力瞬变的影响，为高地热环境下的空气动力学研究提供科学依据。然而该方案无法有效测量随着隧道施工、围岩散热，其围岩温度的变化(下降)情况的原位测量系统，难以为高地温隧道施工降温措施及方案制定提供依据。
[0005]因此，如何针对以上问题，设计一种测量深度有科学依据，同时便于工具展布、数据读取和记录的隧道围岩温度梯度原位测量系统，已成为科研和工程领域需要解决的问
题。

技术实现思路

[0006]本专利技术需解决的技术问题是提供一种测量深度有科学依据，同时便于工具展布、数据读取和记录的隧道围岩温度梯度原位测量系统。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种隧道围岩温度梯度原位测量系统，包括一根测量杆，测量杆由多节管件接长构成，在测量杆上安装有若干个感温元件，感温元件通过数据线与数据读取、存储设备端连接。
[0009]其中，测量杆的多节管件之间通过螺纹接头连接起来。
[0010]在前述的方案中，测量杆的单节管件不长于1米，管件接长总长度为5
‑
10米。优选的，测量杆管件接长总长度为8米。
[0011]在前述的方案中，测量杆的管件上部向下凹陷，形成平行于管件长度方向的滑槽，滑槽其中一侧设有扩大部分，该扩大部分沿管件长度方向形成线槽以作为数据线的路径。
[0012]其中，每段管件的滑槽空间部分放有若干个滑块，滑块可以沿着管件长度方向自由滑动；滑块上部固定有垫块，垫块采用导热性差材料制成，用以安装和固定感温元件；感温元件的感温精度不低于0.01℃。优选的，垫块采用陶瓷材料制成。
[0013]在前述的方案中，测量杆上部一侧设有刻度尺，量程最大为8.1m，最小刻度为1毫米，用于准确记录感温元件的位置。
[0014]在前述的方案中，测量杆工作状态插入围岩测孔，围岩测孔的孔口用隔热保温材料进行封堵。优选的，隔热保温材料为聚氨酯。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的核心创新点在于提出地热异常区隧道围岩温度梯度原位测量系统，科学依据为中国实测最高温公路隧道尼格隧道(88.8℃)和德国Stuttgarte Fasanenhof隧道实测数据。隧道围岩温度梯度原位测量系统采用若干个管件连接，可以灵活缩短或加长，便于在隧道内展布和收放。该系统可以同时测得测孔内多个温度点，为围岩温度梯度提供详细、准确数据。隧道围岩温度的高效、准确测得，为隧道热冻害划分、施工作业环境健康、隔热保温结构设计、隧道结构全寿命运营安全等，提供科学依据和保障。
附图说明
[0016]图1为本专利技术装置俯视图；
[0017]图2为图1中A
‑
A剖面图；
[0018]图3为围岩温度探测整体布置示意图；
[0019]图4为尼格隧道围岩温度曲线图。
[0020]附图中的标记为：1
‑
测量杆、2
‑
螺纹接头、3
‑
感温元件、4
‑
围岩侧孔、5
‑
滑槽、6
‑
线槽、7
‑
数据线、8
‑
滑块、9
‑
垫块、10
‑
刻度尺，11
‑
聚氨酯，12
‑
开挖轮廓线。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]如图1
‑
4所示，本专利技术提供一种隧道围岩温度梯度原位测量系统，包括：测量杆1、测量杆间螺纹接头2、若干安装在测量杆上的感温元件3和数据读取、存储设备端，其中数据读取、存储设备端为本领域常规设备，在图中未示出。
[0023]如图1所示，测量杆1为可接长管件，为了便于收放和展布，单节管件宜不长于1米，管件接长总长度建议为8米，8米为高地温隧道或寒区隧道开挖时及开挖后随周边边界条件改变测得的围岩温度最大影响范围，其科学依据有：
[0024](1)云南省建(个)元高速尼格本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道围岩温度梯度原位测量系统，包括一根测量杆(1)，其特征在于：测量杆(1)由多节管件接长构成，在测量杆(1)上安装有若干个感温元件(3)，感温元件(3)通过数据线(7)与数据读取、存储设备端连接。2.根据权利要求1所述的隧道围岩温度梯度原位测量系统，其特征在于：所述测量杆(1)的多节管件之间通过螺纹接头(2)连接起来。3.根据权利要求1所述的隧道围岩温度梯度原位测量系统，其特征在于：所述测量杆(1)的单节管件不长于1米，管件接长总长度为5
‑
10米。4.根据权利要求3所述的隧道围岩温度梯度原位测量系统，其特征在于：所述测量杆(1)管件接长总长度为8米。5.根据权利要求1所述的隧道围岩温度梯度原位测量系统，其特征在于：测量杆(1)的管件上部向下凹陷，形成平行于管件长度方向的滑槽(5)，滑槽(5)其中一侧设有扩大部分，该扩大部分沿管件长度方向形成线槽(6)以作为数据线(7)的路径。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡政，杨冬，
申请(专利权)人：中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司，
类型：发明
国别省市：