Устройство для наблюдения за послойными деформациями в твердотельном массиве

 

Изобретение относится к области геодезии, а именно к устройствам для проведения наблюдений за послойными деформациями в твердотельном массиве. Устройство состоит из размещенной в скважине металлической трубы с измерительными стержнями 3 внутри и раствора 4, отвердевшего в зазоре между трубой и стенкой скважины на всей ее длине с образованием якоря. Труба состоит из секций 10 якорных, жестко связанных отвердевшим раствором 4 с исследуемым слоем массива, и промежуточных 11, наружная поверхность которых покрыта разделительным антиадгезионным слоем. Соединения секций выполнены раструбными и с возможностью независимого перемещения секций вдоль оси трубы. Раструб образован втулкой 15, а все соединение заключено в отрезок рукава 16, дополнительно его герметизирующего. На якорной секции размещены два разделительных кольца из эластичного пенопласта, примыкающих к якорю по одному с каждой стороны. Один конец измерительного стержня 3 посредством фиксатора прикреплен к якорной секции, а другой выведен из трубы и снабжен маркой. Технический результат: упрощение конструкции, повышение достоверности наблюдений. 4 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области геодезии, а именно к устройствам для проведения наблюдений за послойными деформациями в твердотельном массиве, в частности - в растянутой зоне тела бетонной плотины и/или в ее скальном основании, например, при улучшении эксплуатационных свойств этой зоны посредством инъектирования твердеющих материалов в трещины и/или пустоты массива.

Известно устройство для наблюдения за послойными деформациями в твердотельном массиве, содержащее корпус, неподвижно закрепленный у устья скважины, каждая ступень которой снабжена наблюдательным приспособлением, состоящим из мерной штанги с распорным фиксатором ее положения на одном конце и измерителем перемещения на другом и защитной трубы, охватывающей штангу и закрепляющей вращением ее фиксатора в скважине на заданном расстоянии от ее устья (авт. св. СССР 1630452, опубл. 15.12.93).

Недостатками известного устройства являются сложность выполнения и ненадежность его в работе из-за снабжения каждой мерной штанги трубой и из-за сложности фиксатора и ненадежного связывания им мерной штанги с исследуемым слоем массива.

Известно устройство для наблюдения за послойными деформациями в твердотельном массиве, содержащее размещенную в скважине многосекционную трубу, секции которой соединены гибкими сильфонами, якоря из отвердевшего в зазоре между трубой и стенкой скважины материала, каждый из которых жестко связывает секцию трубы с исследуемым слоем массива, и размещенные в трубе измерительные длинномеры в виде инвентарных струн. Один конец каждой такой струны посредством фиксатора прикреплен к соответствующей ему якорной секции, а другой - выведен из трубы и снабжен отсчетным приспособлением (авт. св. СССР 711358, опубл. 25.01.80).

Выполнение в таком устройстве якорей из твердеющего материала в пределах каждой секции с образованием полости вокруг каждого гибкого сифона, а измерительного длинномера в виде инвентарной струны обуславливает следующие недостатки: - сложность выполнения прерывного заполнения твердеющим материалом зазора вокруг трубы, обуславливающего увеличение диаметра скважины по мере увеличения числа якорей; - в случае выполнения устройства в растянутой зоне высоконапорной плотины и/или ее скального основания, полость вокруг сильфона заполняется высоконапорной водой, а при ремонтном инъектировании - раствором под высоким давлением, что может повредить сильфону и якорям и привести устройство в неработоспособное состояние; - точность наблюдения посредством инвентарных струн невысокая, а долговечность струн в условиях агрессивной среды невелика; - устройство может быть выполнено только при вертикальном или близком к нему положении скважины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и качества наблюдения, увеличение числа якорей без увеличения диаметра скважины и ведение наблюдения на большой глубине и в любом направлении, что достигается за счет специальной конструкции соединения секции трубы, позволяющей обойтись без устройства полостей вокруг этих соединений, введение в конструкцию трубы специальных промежуточных секций и за счет изменения конструкции измерительного длинномера.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для наблюдения за послойными деформациями в твердотельном массиве, содержащем размещенную в скважине многосекционную трубу, секции которой соединены герметично и с возможностью их независимого друг от друга перемещения вдоль оси трубы, якоря из отвердевшего в зазоре между трубой и стенкой скважины материала, каждый из которых жестко связывает якорную секцию трубы с исследуемым слоем массива, и размещенные в трубе измерительные длинномеры, один конец каждого из которых посредством фиксатора прикреплен к соответствующей ему якорной секции трубы, а другой - выведен из трубы и снабжен отсчетным приспособлением, согласно изобретению соединение секций выполнено раструбным, труба между двумя якорными секциями дополнительно содержит одну или более промежуточную (безякорную) секцию, а зазор между трубой и стенкой скважины отвердевшим материалом заполнен по всей длине скважины. На якорной секции размещены разделительные кольца, выполненные из эластичного пенопласта и примыкающие по одному с разных сторон к якорю, а наружная поверхность промежуточных секций покрыта разделительным антиадгезионным слоем. Раструб образован втулкой, одетой на конец одной из секций с закреплением на ней, а соединение секций заключено в отрезок эластичного рукава, герметизирующего соединение, каждый измерительный длинномер выполнен в виде стержня, прямолинейно в трубе установленного посредством плоских с отверстиями под стержни центрирующих элементов, а полость трубы заполнена содержащей ингибитор коррозии жидкостью.

Именно заключение якорей в разделительные кольца из эластичного пенопласта и выполнение соединений секций трубы раструбным и герметичным позволяет омонолитить трубу вместе с соединениями и улучшить стойкость трубы к большим давлениям инъектируемых в трещины и/или пустоты массива ремонтных материалов, а введение в устройство дополнительных секций позволяет наблюдать за деформациями на большой глубине.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство с показом мест расположения якорей, разделительных колец и соединений секций; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 - узел II на фиг.1 (вариант без промежуточной секции между якорными секциями); на фиг.4 - узел III на фиг.1; на фиг.5 - узел IV на фиг.1; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.7 - разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.8 - соединение измерительных стержней.

Устройство состоит из размещенной в скважине 1 особой конструкции металлической трубы 2 с измерительными стержнями 3 внутри и раствора 4, отвердевшего в зазоре 5 между трубой 2 и стенкой скважины 1 на всей ее длине с образованием якорей 6: Я1, Я2, Я3, Я4 (фиг.1). Скважина 1 выполнена из потерны (галереи) 7 высоконапорной бетонной плотины в растянутой зоне ее тела 8 и скального основания 9.

Труба 2 составлена из секций (отрезков труб) якорных 10 и промежуточных 11, выведена в галерею 7 и снабжена оголовком 12. Соединение 13 секций 10 и 11 выполнено раструбным, а на якорных секциях 10 размещены разделительные кольца 14, выполненные из эластичного пенопласта и примыкающие по одному с разных сторон к якорю 6. Раструб соединения 13 образован втулкой 15, одетой на конец секции и герметично приваренной к ней, а все соединение 13 заключено в отрезок эластичного рукава 16, который закреплен на секциях хомутами 17 и герметизирует соединение секций. Наружная поверхность промежуточных секций 11 покрыта разделительным антиадгезионным слоем 18, например пленочным и/или жировой смазкой.

Один конец измерительного стержня 3 закреплен во втулке 19 на соответствующей ему якорной секции 10 (фиг.2 и 3), а другой выведен из трубы и снабжен подвижной маркой 20, вблизи которой на корпусе 21 оголовка 12 выполнена неподвижная марка 22 (фиг.4, условно изображена одна пара марок 20 и 22). Корпус оголовка 21 закреплен жестко анкерами 34 к полу галереи 7. Стержень 3 выполнен из стали или сплава "инвар", имеющего аномально малый температурный коэффициент линейного расширения, и в трубе 2 фиксируется прямолинейно посредством плоских центрирующих элементов 23 с отверстиями под стержни 3. Полость трубы 2 заполнена жидкостью, содержащей ингибитор коррозии.

На чертежах обозначены и другие элементы устройства, с именно: 24 - соединительный винт измерительного стержня 3; 25 - винтовое гнездо измерительного стержня 3; 26 и 27 - соответственно рукав и патрубок для заполнения зазора 5 твердеющим материалом; 28 - тампон; 29 - дуга анкерная;
30 - кольцо упорное;
31 - кольцо деформирующееся;
32 - наконечник;
33 - уплотнение;
34 - анкер;
35 - крышка оголовка;
36 - штырь регулировочный.

Сборку трубы 2 из секций 10 и 11 производят последовательно, начиная с якоря Я1 и выполняя следующие операции: соединение измерительного стержня 3, установка центрирующего элемента 23 и кольца деформирующегося 31, закрепление отрезка эластичного рукава 16 хомутами 17 (герметизация соединения 13), нанесение антиадгезионного слоя на поверхность промежуточной секции 11. Собранную часть трубы 2 и рукав 26 опускают (продвигают) в скважину 1. После окончательной сборки трубы 2 в устье скважины 1 устанавливают тампон 28 с отверстиями для трубы 2, рукава 26 и патрубка 27. Заливку зазора 5 в нисходящей (изливающей) скважине осуществляют, например, цементным или полимерным раствором 4, который нагнетается по рукаву 26 в забой скважины 1, вытесняя воду через патрубок 27. После заполнения зазора 5 раствором 4 рукав 26 и патрубок 27 перекрываются на время отвердения раствора. Отвердевший раствор 4 жестко связывает якорные секции 10 с исследуемыми слоями тела 8 плотины и ее скального основания 9, образуя якоря Я1-Я4. Одновременно отвердевший раствор 4 образует вокруг трубы 2 монолитную оболочку, предохраняющую трубу от повреждения (сдавливания) высоконапорным ремонтным раствором, инъектируемым в трещины твердотельного массива.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении деформаций в направлении скважин якорные секции 10 следуют за деформациями соответствующих им слоев массива, при этом все секции, якорные 10 и промежуточные 11, перемещаются независимо друг от друга, сжимаясь и растягиваясь в раструбных соединениях в соответствующих местах массива. Перемещение якорной секции 10 через стержень 3 передается подвижной марке 20. Величина этого перемещения, обычно исчисляемая миллиметрами, реже - сантиметрами, замеряется относительно марки 22, неподвижной относительно корпуса оголовка 21. Разделительные кольца 14 на якорных секциях 10, деформирующееся кольцо 31 в каждом соединении 13 секций и разделительный антиадгезионный слой 18 вокруг промежуточных секций 11, предотвращают влияние отвердевшего раствора 4 на точность наблюдения.

Якоря Я3 и Я4 имеют малую базу наблюдения "В", образуя щелемер, обеспечивающий наблюдение за раскрытием контакта тела плотины 8 с ее скальным основанием 9.

Заполнение полости трубы 2 жидкостью, например водой, снижает гидростатические нагрузки на соединения 13 секций, а добавление в эту воду ингибитора коррозии, например бензотриазола, уменьшает агрессивность среды в трубе и увеличивает долговечность устройства.

Предложенное устройство обычно выполняется при нисходящем направлении скважины, однако при необходимости скважина может быть и восходящей.

Формула изобретения

1. Устройство для наблюдения за послойными деформациями в твердотельном массиве, содержащее размещенную в скважине многосекционную трубу, секции которой соединены герметично и с возможностью их независимо друг от друга перемещения вдоль оси трубы, якоря из отвердевшего в зазоре между трубой и стенкой скважины материала, каждый из которых жестко связывает якорную секцию трубы с исследуемым слоем массива, и размещенные в трубе измерительные длинномеры, один конец каждого из которых посредством фиксатора прикреплен к соответствующей ему якорной секции трубы, а другой - выведен из трубы и снабжен отсчетным приспособлением, отличающееся тем, что соединение секций выполнено раструбным, труба между двумя якорными секциями дополнительно содержит одну или более промежуточную секцию, а зазор между трубой и стенкой скважины отвердевшим материалом заполнен по всей длине скважины, при этом на якорной секции размещены разделительные кольца, выполненные из вспененного эластичного материала и примыкающие по одному с разных сторон к якорю.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что раструб образован втулкой, одетой на конец одной из секций и закрепленной на ней, при этом соединение секций заключено в отрезок эластичного рукава, герметизирующего соединение.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность промежуточных секций трубы покрыта разделительным антиадгезионным слоем.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый измерительный длинномер выполнен в виде стержня, прямолинейно в трубе установленного посредством плоских с отверстиями под стержни центрирующих элементов.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что полость трубы заполнена содержащей ингибитор коррозии жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8