本发明涉及岩土工程技术领域，具体是一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统及方法。
背景技术：
随着国内基础建设技术的进步，工程规模越来越大，工程结构的安全及长期稳定性要求也越高。为修建建筑物，需要将不符合设计要求的风化、破碎、有缺陷和软弱的岩层、松软的土和冲积物等挖掉，使建筑物修建在可靠的地基上。对于岩质地基，多采用爆破方法将开挖层岩石破碎，再用人工或机械将石渣挖掉运走。
地基岩体回弹再压缩变形对最终沉降量有重要影响，特别是在核电工程中，对地基岩体的变形要求达到毫米级。要准确测量地基岩体的变形，需将观测基点设置在地基岩体应力影响范围以外。传统的基坑测量装置一般仅限于测量基坑地表的变形，由于其观测基点设置在地表，不能观测地基深部岩体位移。已有的地基深部位移变形测量装置宜损坏、变形、只能用于软土地基，在大面积岩质地基开挖层爆破开挖时则难以实施。岩质地基开挖层采用爆破开挖，一次爆药量大，地基振动强烈且飞石冲击力强，尚无测量岩质地基开挖层爆破开挖过程中地基岩体回弹变形方案。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统及方法，可以测量岩质地基开挖层爆破开挖中地基岩体不同深度岩体的回弹变形。
本发明提供了一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，包括多点位移计、观测电缆、圆柱塞体、护管、取线器、测孔，测孔贯穿地基开挖层伸入地基岩体，多点位移计与观测电缆连接且安装在测孔下部的地基岩体中，圆柱塞体外侧设有护管，圆柱塞体采用小分段组成，上下无连接填充护管直到测孔孔口，多点位移计上的仪器电缆与观测电缆的一端连接，观测电缆的另一端与最下段圆柱塞体的下端头连接，所述取线器用于地基开挖层每分层爆破开挖完成后，将圆柱塞体的小分段从上至下依次取出，使得与最下段圆柱塞体连接的观测电缆与读数仪连接。
进一步的，所述取线器采用与圆柱塞体的分段磁性连接的方式将圆柱塞体的分段从护管中取出。
进一步的，圆柱塞体包括柱塞体主体、设于柱塞体主体顶部的磁性圆盘，所述取线器包括磁性圆盘、提线器主体和绳索，磁性圆盘设于提线器主体底部，绳索与提线器主体的顶部连接，所述取线器的磁性圆盘与圆柱塞体的磁性圆盘磁性相吸。
进一步的，柱塞体的柱塞体主体选用重量轻、易脆断特性的材料。
进一步的，柱塞体的柱塞体主体采用泡沫塑料制成。
进一步的，所述护管采用相同长度的小分段组成，上下连接直到测孔孔口，上下分段之间采用套筒连接。
进一步的，所述多点位移计包括基座、安装于基座底面的多个锚头、以及与基座内传感器连接的仪器电缆，多点位移计的最深处测点的锚头安放在测孔孔底，剩余锚头安设在地基岩体位移较大处。
一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量方法，其采用上述系统进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、测孔施工：使用钻机在待测量点钻孔，采用高压水泵冲洗孔壁，冲洗干净后采用压缩空气机吹出孔中积水，对钻孔进行全孔电视测试和全孔声波测试，探明地基岩体中软弱夹层和断层的位置；
步骤二、多点位移计及护管安装：在测孔中先安装多点位移计，连接观测电缆2并牵引在测孔7孔口固定，注入浆液直到淹没多点位移计并凝固，观测电缆穿过护管并下放、安装护管直到测孔孔口，先注浆封堵护管底部，然后注浆封闭护管与测孔围岩之间的间隙。
步骤三、圆柱塞体安装：将观测电缆与最下段圆柱塞体最下端连接，下放最下段圆柱塞体直到观测电缆位于地基岩体中，再放入上一段圆柱塞体，依次往复直到测孔孔口；
步骤四、观测读数：地基开挖层每分层开挖完成后，采用取线器依次取出圆柱塞体，直到拉出观测电缆并读数，然后放回圆柱塞体和观测电缆，依次往复直到地基开挖层开挖完成。
进一步的，所述步骤二具体为：
步骤201、多点位移计的组装及下放：在测孔旁边的空地上组装多点位移计，组装完成后将仪器电缆与观测电缆连接，用绳索连接多点位移计的基座并下放测孔，直到第一锚头到测孔孔底，此时观测电缆端头在测孔外，在测孔中注入水泥浆，直到埋没多点位移计，固定绳索，直到水泥浆液凝固；
步骤202、护管组装及下放：将观测电缆穿过护管，下放最下段护管到测孔中，上端头套上套筒，分别涂抹上粘接剂后连接，套筒上端口内壁涂抹上粘接剂后，放入上一段护管，依此往复，直到护管安装到孔口；护管安装及下放完成后，初次进行孔内注浆20～30cm，封堵护管底部；待水泥浆凝固约3天后，在护管与测孔围岩之间的空隙再次注浆，凝固后护管与测孔围岩成为一体。
进一步的，所述步骤四具体为：
步骤401：按照设计要求的分层爆破开挖地基开挖层，每分层爆破开挖完成后，运渣并初步平整场地，找出测孔位置，并清除孔口的渣土；
步骤402：观测电缆取出
由于地基开挖层的爆破开挖，会导致圆柱塞体的剪断，用钢筋插入圆柱塞体的柱塞体主体取出剪断的柱塞体主体，然后采用取线器取出剩下的圆柱塞体，采用取线器，拉住绳索，往测孔下放提线器主体，直到磁性圆盘与最上段圆柱塞体的磁性圆盘紧密磁性连接，并沿测孔向上取出最上段圆柱塞体，依次往复，从上到下直到取出最下段圆柱塞体，便能取出观测电缆，将观测电缆与读数仪连接，采用读数仪读取多点位移计所测位移数据；
步骤403：观测电缆下放
将观测电缆与最下段圆柱塞体最下端连接，下放最下段圆柱塞体直到观测电缆位于地基岩体中，再放入上一段圆柱塞体，依次往复直到放入所有的圆柱塞体；
步骤404：多次按顺序重复步骤401、步骤402、步骤403，直到地基开挖层分层爆破开挖和地基岩体分层回弹变形观测读数完成。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1、本发明将多点位移计和观测电缆埋设在地基开挖层以下的地基岩体中，由于地基岩体不开挖、扰动小，这样地基开挖层的爆破开挖不会破坏地基岩体中观测设备和观测电缆，测量系统抗干扰能力大、且具有较强的稳定性和可靠性；
2、本发明采用具有重量轻、易脆断特性材料制成的充填体(圆柱塞体)，充填体易从开挖层界面断裂，以便余下测孔导管内还是有充填体，这样不会被碎石封堵且容易取出；
3、本发明的取线器和圆柱塞体均设有磁性圆盘，通过磁性连接依次取出分段圆柱塞体及与其最下分段连接的监测电缆，从而实现地基岩体爆破开挖过程中的观测读数；
4、本发明能够直接测量岩质基坑爆破开挖不同深度岩体的回弹变形，也能对上部结构施工中不同深度岩体的沉降变形进行观测，以此确定导致沉降的地基岩体关键层，从而优化施工顺序和支护措施；
5、本发明贯穿地基开挖层的导管和圆柱塞体是允许随开挖层一起爆破挖除的，无需特殊的防护，对施工的干扰极小，减少了工期并降低施工成本；
6、本发明采用高精度振弦式传感器，且能自动化观测，相比人工观测读数，测量结果连续性强、精确度高、可靠性好。
附图说明
图1为本发明岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统其中一个实施例的结构示意图；
图2为本发明中多点位移计的安装示意图；
图3为本发明中护管与套筒的连接示意图；
图4为本发明中圆柱塞体的结构示意图；
图5为本发明中取线器的结构示意图。
图中：1—多点位移计，1a—第一锚头，1b—第二锚头，1c—第三锚头，1d—第四锚头，1e—基座，1f—仪器电缆，2—观测电缆，3—圆柱塞体，3a—柱塞体主体，3b—磁性圆盘，4—套筒，5—护管，6—取线器，6a—磁性圆盘，6b—提线器主体，6c—绳索，7—测孔，8—地基开挖层，9—地基岩体。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，包括多点位移计1、观测电缆2、圆柱塞体3、套筒4、护管5、取线器6。
所述多点位移计1安装在测孔7下部的地基岩体9中，如图2所示，所述多点位移计1包括基座1e、安装于基座1e底面的第一锚头1a、第二锚头1b、第三锚头1c、第四锚头1d、以及与基座1e内传感器的仪器电缆1f。
仪器电缆1f与观测电缆2的一端连接，观测电缆2的另一端与最下段圆柱塞体3的下端头连接，圆柱塞体3外侧设有护管5，圆柱塞体3和护管5采用相同长度的小分段组成，上下连接直到测孔7孔口。
所述多点位移计1共有四个锚头，由下至上分别为第一锚头1a、第二锚头1b、第三锚头1c和第四锚头1d，锚头数量可以根据需要增减。多点位移计1的第一锚头1a为设置在岩体最深处的不动点，第二锚头1b、第三锚头1c、和第四锚头1d为地基岩体9的位移测量点。
所述多点位移计1的基座1b安装在地基岩体9上表面下方0.5～1m处，多点位移计1的最深处测点第一锚头1a安放在测孔7孔底，基座1e与第一锚头1a之间的距离即为多点位移计1的总长度；采用数值计算方法初步计算地基开挖层8爆破开挖后地基岩体9的变形，根据数值计算结果，将第一锚头1a安设在基底岩体深处的不动点，同时在地基岩体9位移较大处安设剩余锚头。多点位移计1的锚头应避开地基岩体9中的软弱夹层和断层。
优选的，所述多点位移计1可采用高精度、稳定性好的振弦式传感器，这样读数仪读取数据后，测量结果连续性强、精确度高、可靠性好。
所述观测电缆2的长度大于多点位移计1基座1b到测孔7孔口的距离。
所述圆柱塞体3可为相同长度小分段，上下分段之间无连接。如图4所示，圆柱塞体3包括柱塞体主体3、设于柱塞体主体3a顶部的磁性圆盘3b，磁性圆盘3b上部为北极，下部为南极，柱塞体主体3可设计为圆柱形。
所述护管5为相同长度的小分段，上下分段之间采用套筒4连接，如图3所示。护管5和套筒4均可采用pvc材质制成。
如图5所示，所述取线器6包括磁性圆盘6a、提线器主体6b和绳索6c，磁性圆盘6a设于提线器主体6b底部，绳索6c与提线器主体6b的顶部连接。绳索6c用于下放提线器主体6b到测孔中。磁性圆盘6a上部为南极，下部为北极，即所述取线器6中磁性圆盘6a与所述圆柱塞体3中磁性圆盘3b相对的磁极相互吸引。
所述圆柱塞体3和取线器6的柱塞体主体3a、提线器主体6b用于充填测孔7中空隙，柱塞体主体3a重量轻、上下运输方便。圆柱塞体3和取线器6的磁性圆盘南北极相反，形成磁性连接，方便连接和分离。圆柱塞体3的柱塞体主体3a在地基开挖层8爆破开挖时可随岩土体剪断，余下的仍能充填测孔导管内，不会被拔出导致碎石封堵测孔7。
本发明中柱塞体3的柱塞体主体3a可选用重量轻、易脆断的特性的材料，例如泡沫塑料，具体原因如下：
重量轻：圆柱塞体3是需要采用磁性连接从测孔中拉出来的，由于两个磁铁之间的吸引力是有限的，如果圆柱塞体3重量大，磁铁之间的吸引力不足以拉出圆柱塞体3。
易脆断：地基岩体爆破开挖时，是难以控制开挖深度的，会有误差，①如果分层开挖正好到某一圆柱塞体3的下方，则会把这个圆柱塞体3爆掉，露出下一段圆柱塞体3，这样剩余的护管中还是全部充填为圆柱塞体3，不会有碎石进去(若碎石进去护管中，会堵塞护管，导致护管孔内封堵)，即可用取线器取出剩余的圆柱塞体3。②如果分层开挖位于某一圆柱塞体3的中间，需要把圆柱塞体3从中折断，这样剩余的护管中还是全部充填为圆柱塞体3，不会有碎石进去，只需拿出已折断的圆柱塞体3，然后就能用取线器取出剩余的圆柱塞体3。
本发明实施例还提供了一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量方法，步骤如下：
步骤一、测孔7施工：使用钻机在待测量点钻孔，采用高压水泵冲洗孔壁，冲洗干净后采用压缩空气机吹出孔中积水，对钻孔进行全孔电视测试和全孔声波测试，探明地基岩体9中软弱夹层和断层的位置；
步骤二、多点位移计1及护管5安装：在测孔7中先安装多点位移计1，连接观测电缆2并牵引在测孔7孔口固定，注入浆液直到淹没多点位移计1并凝固，观测电缆2穿过护管5并下放、安装护管5直到测孔7孔口，先注浆封堵护管5底部，然后注浆封闭护管5与测孔7围岩之间的间隙。具体如下：
步骤201、多点位移计的组装及下放：在测孔7旁边的空地上组装多点位移计1，组装完成后将仪器电缆1f与观测电缆2连接，用绳索连接多点位移计1的基座1b并下放测孔，直到第一锚头1a到测孔7孔底，此时观测电缆2端头在测孔7外，在测孔7中注入水泥浆，直到埋没多点位移计1，固定绳索，直到水泥浆液凝固；
步骤202、护管组装及下放：将观测电缆2穿过护管5，下放最下段护管5到测孔7中，上端头套上套筒4，分别涂抹上粘接剂后连接，套筒4上端口内壁涂抹上粘接剂后，放入上一段护管5，依此往复，直到护管5安装到孔口；护管5安装及下放完成后，初次进行孔内注浆20～30cm，封堵护管5底部；待水泥浆凝固约3天后，在护管5与测孔7围岩之间的空隙再次注浆，凝固后护管5与测孔7围岩成为一体；
步骤三、圆柱塞体3安装：将观测电缆2与最下段圆柱塞体3最下端连接，下放最下段圆柱塞体3直到观测电缆2位于地基岩体9中，再放入上一段圆柱塞体3，依次往复直到测孔7孔口；
步骤四、观测读数：地基开挖层8每分层开挖完成后，采用取线器6依次取出圆柱塞体3，直到拉出观测电缆2并读数，然后放回圆柱塞体3和观测电缆2，依次往复直到地基开挖层8开挖完成；具体步骤如下：
步骤401：按照设计要求的分层爆破开挖地基开挖层8，每分层爆破开挖完成后，运渣并初步平整场地，找出测孔7位置，并清除孔口的渣土；
步骤402：观测电缆2取出。由于地基开挖层8的爆破开挖，会导致圆柱塞体3的剪断，用钢筋插入圆柱塞体3的柱塞体主体3a取出剪断的柱塞体主体3a，然后采用取线器6取出剩下的圆柱塞体3，采用取线器6，拉住绳索6c，往测孔下放提线器主体6b，直到磁性圆盘6a与最上段圆柱塞体3的磁性圆盘3b紧密磁性连接，并沿测孔7向上取出最上段圆柱塞体3，依次往复，从上到下直到取出最下段圆柱塞体3，便能取出观测电缆2，将观测电缆2与读数仪连接，采用读数仪读取多点位移计1所测位移数据；
步骤403：观测电缆2下放。将观测电缆2与最下段圆柱塞体3最下端连接，下放最下段圆柱塞体3直到观测电缆2位于地基岩体9中，再放入上一段圆柱塞体3，依次往复直到放入所有的圆柱塞体3。
步骤404：多次按顺序重复步骤401、步骤402、步骤403，直到地基开挖层8分层爆破开挖和地基岩体9分层回弹变形观测读数完成。
所述地基开挖层8分层爆破开挖后，根据观测读数结果，不同深度地基岩体9变形量的计算公式如下：
第一锚头1a第i次观测变形为lai，为观测基点；
第二锚头1b第i次观测变形为lbi，此测点岩体变形为δlbi＝lai—lbi；
第三锚头1c第i次观测变形为lci，此测点岩体变形为δlci＝lai—lci；
第四锚头1d第i次观测变形为ldi，此测点岩体变形为δldi＝lai—ldi。
所述测孔7内分三次注浆回填，第一次注浆固结多点位移计1，第二次注浆封堵最下段护管5的下端口，第三次注浆固结护管5与测孔7围岩之间的间隙。
所述地基开挖层8爆破开挖和地基岩体9分层回弹观测读数完成后，可将观测电缆2从基底引出到外部的集中观测站，继续观测上部结构施工过程中地基岩体9分层沉降变形，且能进行长期自动化观测。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
1.一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：包括多点位移计(1)、观测电缆(2)、圆柱塞体(3)、护管(1)、取线器(6)、测孔(7)，测孔(7)贯穿地基开挖层(8)伸入地基岩体(9)，多点位移计(1)与观测电缆(2)连接且安装在测孔(7)下部的地基岩体(9)中，圆柱塞体(3)外侧设有护管(5)，圆柱塞体(3)采用小分段组成，上下无连接填充护管(5)直到测孔(7)孔口，多点位移计(1)上的仪器电缆(1f)与观测电缆(2)的一端连接，观测电缆(2)的另一端与最下段圆柱塞体(3)的下端头连接，所述取线器(6)用于地基开挖层每分层爆破开挖完成后，将圆柱塞体(3)的小分段从上至下依次取出，使得与最下段圆柱塞体(3)连接的观测电缆(2)与读数仪连接。
2.如权利要求1所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：所述取线器(6)采用与圆柱塞体(3)的分段磁性连接的方式将圆柱塞体(3)的分段从护管(5)中取出。
3.如权利要求2所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：圆柱塞体(3)包括柱塞体主体(3a)、设于柱塞体主体(3a)顶部的磁性圆盘(3b)，所述取线器(6)包括磁性圆盘(6a)、提线器主体(6b)和绳索(6c)，磁性圆盘(6a)设于提线器主体(6a)底部，绳索(6c)与提线器主体(6b)的顶部连接，所述取线器(6)的磁性圆盘(6a)与圆柱塞体(3)的磁性圆盘(3b)磁性相吸。
4.如权利要求3所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：柱塞体(3)的柱塞体主体(3a)选用重量轻、易脆断特性的材料。
5.如权利要求4所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：柱塞体(3)的柱塞体主体(3a)采用泡沫塑料制成。
6.如权利要求1所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：所述护管(5)采用相同长度的小分段组成，上下连接直到测孔(7)孔口，上下分段之间采用套筒(4)连接。
7.如权利要求1所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量系统，其特征在于：所述多点位移计(1)包括基座(1e)、安装于基座(1e)底面的多个锚头、以及与基座(1e)内传感器连接的仪器电缆(1f)，多点位移计(1)的最深处测点的锚头安放在测孔(7)孔底，剩余锚头安设在地基岩体(9)位移较大处。
8.一种岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量方法，其特征在于采用权利要求1-7中任一项所述系统进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、测孔(7)施工：使用钻机在待测量点钻孔，采用高压水泵冲洗孔壁，冲洗干净后采用压缩空气机吹出孔中积水，对钻孔进行全孔电视测试和全孔声波测试，探明地基岩体(9)中软弱夹层和断层的位置；
步骤二、多点位移计(1)及护管(5)安装：在测孔(7)中先安装多点位移计(1)，连接观测电缆2并牵引在测孔7孔口固定，注入浆液直到淹没多点位移计(1)并凝固，观测电缆(2)穿过护管(5)并下放、安装护管(5)直到测孔(7)孔口，先注浆封堵护管(5)底部，然后注浆封闭护管(5)与测孔(7)围岩之间的间隙。
步骤三、圆柱塞体(3)安装：将观测电缆(2)与最下段圆柱塞体(3)最下端连接，下放最下段圆柱塞体(3)直到观测电缆(2)位于地基岩体(9)中，再放入上一段圆柱塞体(3)，依次往复直到测孔(7)孔口；
步骤四、观测读数：地基开挖层(8)每分层开挖完成后，采用取线器(6)依次取出圆柱塞体(3)，直到拉出观测电缆(2)并读数，然后放回圆柱塞体(3)和观测电缆(2)，依次往复直到地基开挖层(8)开挖完成。
9.如权利要求8所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量方法，其特征在于，所述步骤二具体为：
步骤201、多点位移计的组装及下放：在测孔(7)旁边的空地上组装多点位移计(1)，组装完成后将仪器电缆(1f)与观测电缆(2)连接，用绳索连接多点位移计(1)的基座(1b)并下放测孔，直到第一锚头(1a)到测孔(7)孔底，此时观测电缆(2)端头在测孔(7)外，在测孔(7)中注入水泥浆，直到埋没多点位移计(1)，固定绳索，直到水泥浆液凝固；
步骤202、护管组装及下放：将观测电缆(2)穿过护管(5)，下放最下段护管(5)到测孔(7)中，上端头套上套筒(4)，分别涂抹上粘接剂后连接，套筒(4)上端口内壁涂抹上粘接剂后，放入上一段护管(5)，依此往复，直到护管(5)安装到孔口；护管(5)安装及下放完成后，初次进行孔内注浆20～30cm，封堵护管(5)底部；待水泥浆凝固约3天后，在护管(5)与测孔(7)围岩之间的空隙再次注浆，凝固后护管(5)与测孔(7)围岩成为一体。
10.如权利要求8所述的岩质地基爆破开挖分层回弹变形测量方法，其特征在于：所述步骤四具体为：
步骤401：按照设计要求的分层爆破开挖地基开挖层(8)，每分层爆破开挖完成后，运渣并初步平整场地，找出测孔(7)位置，并清除孔口的渣土；
步骤402：观测电缆(2)取出
由于地基开挖层(8)的爆破开挖，会导致圆柱塞体(3)的剪断，用钢筋插入圆柱塞体(3)的柱塞体主体(3a)取出剪断的柱塞体主体(3a)，然后采用取线器(6)取出剩下的圆柱塞体(3)，采用取线器(6)，拉住绳索(6c)，往测孔下放提线器主体(6b)，直到磁性圆盘(6a)与最上段圆柱塞体(3)的磁性圆盘(3b)紧密磁性连接，并沿测孔(7)向上取出最上段圆柱塞体(3)，依次往复，从上到下直到取出最下段圆柱塞体(3)，便能取出观测电缆(2)，将观测电缆(2)与读数仪连接，采用读数仪读取多点位移计(1)所测位移数据；
步骤403：观测电缆(2)下放
将观测电缆(2)与最下段圆柱塞体(3)最下端连接，下放最下段圆柱塞体(3)直到观测电缆(2)位于地基岩体(9)中，再放入上一段圆柱塞体(3)，依次往复直到放入所有的圆柱塞体(3)；
步骤404：多次按顺序重复步骤401、步骤402、步骤403，直到地基开挖层(8)分层爆破开挖和地基岩体(9)分层回弹变形观测读数完成。
技术总结