一种冻土隧道洞口段围岩温度测试方法

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，特别涉及一种冻土隧道洞口段围岩温度测试方法。

背景技术

冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土，冻土可以增加土层的强度和稳定性，隔绝地下水，杜绝施工过程中崩塌等安全隐患，冻土分为季节冻土和多年冻土，其中季节冻土只在地表几米范围内冬季冻结，夏季消融，随着高速公路网不断完善，季节冻土区也修建了很多隧道工程，在季节冻土区隧道的施工和运营过程中，随着开挖、施作初衬等作业的进行和季节性温度的变化，开挖过程中引入了外部温度较高的空气，再加上施工期间隧道爆破、浇筑混凝土及一些施工机械都会产生较多的热量，会导致隧道内气温升高并高于围岩初始地温，热量向围岩传递，使隧道周边一定范围内原先冻结的围岩产生融化，形成冻融圈，而这种温度场的变化改变了地层中的原有热力学平衡，使季节冻土的物理力学性都能发生改变，由于隧道洞口至洞内一定长度温度变化明显，衬砌和保温层常年受到温度剧烈变化的影响，衬砌、保温层以及防水层更容易受到来自这种由温度变化对结构产生的冻融循环破坏，由此造成隧道常常出现衬砌混凝土剥落，衬砌开裂漏水等病害，严重威胁隧道施工人员和设备的安全。

由此可见，冻土隧道洞口至洞内一定长度的结构设计和保温措施要区别于隧道其他部位，有更高的要求标准。因此，有必要对冻土隧道洞口至洞内一定长度通过现场测试手段，掌握季节冻土隧道围岩温度场的变化规律。在现场施工过程中，比较常用的温度测试主要采用外挂式温度计测量洞口环境温度，无法测试季节冻土区隧道受环境温度变化较大的洞口段围岩内温度。

专利文献CN104748888A公开了一种冻土区域土壤温度监测系统，包括若干埋于土壤中的温度传感总线，温度传感总线内封装有若干数字式温度传感器，并且，温度传感总线与设置于土壤外侧的数据采集器连接，该数据采集器通过无线短传技术与设置于所述土壤外侧的数据采集仪连接，数据采集仪通过无线网络与后台数据中心进行数据传输。专利文献CN207423388U提供了一种隧道冻融圈温度监测装置，包括远程监控上位机、主机、监测终端采集器、开设在预施工土层内的多个测温孔和与测温孔一一对应的数字温度传感器，远程监控上位机通过云端与主机相连，主机通过工业总线与监测终端采集器相连，监测终端采集器与各数字温度传感器相连。上述提供的测温方法能实现对冻土隧道洞口段温度的检测，但这些测温方法都不够全面，无法获取冻土隧道洞口段的不同区域围岩的温度变化情况。

发明内容

本发明的目的在于针对季节冻土区冻土隧道洞口段围岩受环境温度变化影响，现有的测温方法都不够全面，无法获取冻土隧道洞口段的不同区域围岩的温度变化情况的问题，提供一种冻土隧道洞口段围岩温度测试方法，该测试方法在隧道洞内和洞口仰坡的围岩内埋设测温组件，全面的测试冻土隧道洞口段不同区域围岩的温度变化，为季节冻土区隧道初期支护防寒保温和养护提供围岩温度信息，以此保证初期支护施工质量，确保冻土隧道洞口段围岩稳定和安全。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种冻土隧道洞口段围岩温度测试方法，包括以下步骤：

步骤1，确定隧道洞内和洞口仰坡的冻土深度；

步骤2，根据所述冻土深度确定埋设测温组件的长度、数量、分布形式、埋设位置以及测温孔的深度；

步骤3，按照所述埋设位置，在所述隧道洞内钻孔形成所述测温孔，在所述洞口仰坡钻孔形成所述测温孔；其中所述测温孔的直径大于所述测温组件的径向尺寸；

步骤4，将所述测温组件放入对应的所述测温孔中，然后采用锚固剂将所述测温孔封堵；

步骤5，将所述测温组件与数据采集器电性连接，设置温度采集频率；

步骤6，统计所述测温组件采集的温度数据并分析，总结冻土隧道洞口段围岩温度变化规律。

本发明所述冻土隧道洞口段围岩温度测试方法，测试了隧道洞内和洞口仰坡不同位置的围岩温度，该测试方法在隧道洞口和洞口仰坡处均设置有测温组件，可以快速高效获取不同测温孔和不同深度位置处的温度数据，全面的测试冻土隧道洞口段不同区域围岩的温度变化，通过统计和分析得到冻土隧道洞口段围岩温度的变化规律，为季节冻土区冻土隧道洞口段初期支护施作时机的选择、初期支护保温与养护提供浅层围岩温度信息，指导隧道洞口段初期支护及时采取防寒保温措施，保证了受环境影响较大的隧道洞口段初期支护的施工质量和施工安全。

进一步，所述隧道洞内包括距离隧道洞口至少100m的隧道，也就是所述隧道洞内是指沿隧道开挖方向距离隧道洞口至少100m的这个范围的隧道，所述洞口仰坡包括进行初期支护的隧道仰坡。

在本发明中，所述隧道洞内沿隧道开挖方向距隧道洞口距离不同的位置处围岩的冻土深度不同，所述洞口仰坡不同位置处的冻土深度也会不同，因此，在确定隧道洞内和洞口仰坡的冻土深度时，要根绝不同位置确定对应的冻土深度，然后设计并确定埋设测温组件的长度、数量、分布形式、埋设位置以及测温孔的深度。

进一步，所述冻土深度是实测的冻土深度或对隧道洞口段历年来温度数据收集并分析，然后确定的隧道洞内和洞口仰坡不同位置的冻结深度。

进一步，所述隧道洞内的所述测温组件的分布形式为：在隧道断面上，隧道洞内至少分布有两组所述测温组件，在隧道纵向方向上，隧道洞内至少分布有三组所述测温组件。更进一步，在隧道纵向方向上，0-50m的隧道洞内至少分布有两组所述测温组件，51-100m的隧道洞内至少分布有一组所述测温组件。

进一步，所述测温孔的深度大于该所述测温孔位置处的所述冻土深度，这样可以保证所述测温组件能采集到冻土内的温度变化。更进一步，所述测温孔的深度大于1.5m。

进一步，所述测温组件包括支撑板和固定在所述支撑板上的多个温度传感器，多个所述温度传感器在所述支撑板上均匀分布，可以测试所述测温孔不同深度位置的温度数据。

进一步，所述测温孔的深度比所述测温组件的长度大至少300mm，这样可以使测温组件完全放入测温孔内，保证测温组件测试的围岩温度不会受隧道内温度的影响。

进一步，所述步骤3中在所述隧道洞内钻孔时，采用锚杆钻机进行钻孔；在所述洞口仰坡钻孔时，采用气腿式风钻进行钻孔。

进一步，所述步骤3中在所述隧道洞内钻孔时，钻孔方向垂直于隧道壁的切线方向；在洞口仰坡钻孔时，钻孔方向竖直向下。

进一步，所述步骤4中封堵的长度大于280mm，防止孔内外空气流动，避免影响温度测试的准确性。

进一步，所述数据采集器为数字点温仪，数字点温仪设置在围岩外获取并处理所述测温组件采集的温度数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的冻土隧道洞口段围岩温度测试方法测试了隧道洞内和洞口仰坡不同位置的围岩温度，通过在隧道洞口和洞口仰坡处均设置有测温组件，可以快速高效获取不同测温孔和不同深度位置处的温度数据，全面的测试冻土隧道洞口段不同区域围岩的温度变化，通过统计和分析得到冻土隧道洞口段围岩温度的变化规律，为冻土隧道洞口段初期支护施作时机的选择、初期支护保温与养护提供浅层围岩温度信息，指导隧道洞口段初期支护及时采取防寒保温措施，保证了受环境影响较大的隧道洞口段初期支护的施工质量和施工安全。

2、本发明的测试方法安全可靠，施工方法简单，可广泛地应用。

附图说明：

图1为本发明冻土隧道洞口段围岩温度测试方法流程图；

图2为本发明冻土隧道洞口段围岩温度测试方法的纵向布置结构示意图；

图3为本发明冻土隧道洞口段围岩温度测试方法的断面布置结构示意图；

图4为本发明冻土隧道洞口段围岩温度测试方法的其中一种测温组件的结构及布置状态示意图；

图中标记：1-隧道洞内，2-洞口仰坡，3-测温组件，31-支撑板，32-温度感应器，4-测温孔。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种冻土隧道洞口段围岩温度测试方法，包括以下步骤：

步骤1，确定隧道洞内1和洞口仰坡2不同位置的冻土深度；

步骤2，根据冻土深度确定埋设测温组件3的长度、数量、分布形式、埋设位置以及测温孔4的深度；

步骤3，在隧道洞内1按照埋设位置钻孔形成测温孔4，在洞口仰坡2按照埋设位置钻孔形成测温孔4，其中测温孔4的直径大于测温组件3的径向尺寸；

步骤4，将测温组件3放入对应的测温孔4中，然后采用锚固剂将测温孔4封堵；

步骤5，将测温组件4与数据采集器电性连接，设置温度采集频率；

步骤6，统计测温组件4采集的数据并分析，总结冻土隧道洞口段围岩温度变化规律。

本实施例是对季节冻土区的冻土隧道洞口段围岩温度进行测试，在步骤1中，测试了距离隧道洞口100m范围的隧道洞内1的围岩温度，洞口仰坡2包括进行初期支护的隧道仰坡。隧道洞内1和洞口仰坡2不同位置的冻土深度采用对冻土隧道洞口段历年来温度数据收集并分析，然后确定的不同位置的冻土深度。

根据不同位置的冻土深度，在隧道洞内1的100m的范围内，测温组件3的分布形式为：在隧道纵向方向上，隧道洞内1设置有四组测温组件3，如图2所示；在隧道断面方向上，在隧道的右侧设置有两组测温组件3，如图3所示。具体地，在隧道纵向方向上，在距离隧道洞口分别为5m、20m、50m、100m设置了四组测温组件3，在竖直方向形成四列，四组测温组件3对应的测温孔4深度分别为3.6m、3.2m、2.8m、2m，保证测温组件3能采集到冻土内的温度变化；在隧道断面方向上，隧道的右侧的两组测温组件3在竖直方向形成两排，分别到隧道边墙的距离为1m和2.5m，这两排测温组件3对应的测温孔4的深度相同。

洞口仰坡2的测温组件3分布形式为：在隧道断面方向上设置有三组测温组件3，具体地，隧道中线处设置有一组测温组件3，距离隧道中线5m的左右两侧各设置有一组测温组件3，如图3所示，三组测温组件3对应的测温孔4均为2.5m。

在步骤3中，在隧道洞内钻孔时，采用锚杆钻机进行钻孔，钻孔方向垂直于隧道壁的切线方向；在洞口仰坡钻孔时，采用气腿式风钻进行钻孔，钻孔方向竖直向下。在钻孔过程中，测温孔4的直径大于测温组件3的径向尺寸。在本实施例中，测温组件的直径为30mm，测温孔4的直径大于等于36mm。

完成测温孔4施工后，将测温组件3逐孔放入成孔的测温孔4内，放置后的测温组件3比测温孔4的深度小至少300mm，测温组件3包括支撑板31和多个温度传感器32，多个温度传感器32在支撑板31上均匀分布且固定在支撑板31上。不同位置的测温组件3长度不同，且根据采集温度点需要，测温组件3上的温度传感器32个数也不相同。如图4所示的是隧道洞内1距离洞口20m、深度为2.8m的测温孔4和测温组件3，测温组件3的底部接触到测温孔4的底部，测温组件3的连接线在测温孔4外，测温组件3的支撑板31长度为2.5m，支撑板31上均匀分布有7个温度传感器32，每隔0.3米处布置有一个温度传感器32，本实施例采用的温度感应器32为精密热敏电阻测温探头，可以实时获取该测温孔4不同深度位置的温度数据。

放置好测温组件3后，采用快凝锚固剂将测温孔4封堵，封堵的长度大于280mm，防止孔内外空气流动，保证测温组件3测试的围岩温度不会受隧道内温度的影响，提高温度测试的准确性。然后将测温组件3的连接线与数字点温仪连接，数字点温仪设置在围岩外获取并处理测温组件采集的温度数据，设置温度采集频率，本实施例温度采集频率设置为每天上午11点、晚上8点各检测冻土隧道洞口段不同位置的围岩温度，记录。统计测温组件3采集的数据并分析围岩温度变化情况，总结冻土隧道洞口段围岩温度变化规律，为隧道洞内1和洞口仰坡2的支护防寒保温及时提供温度信息。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。