УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПОСЛОЙНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ В ТВЕРДОТЕЛЬНОМ МАССИВЕ Российский патент 2004 года по МПК G01L1/00 G01L1/04 E02D33/00 G01B5/30 

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.

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.

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.