CN104481592B - 一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于隧道监测技术领域，具体涉及一种寒区隧道围岩压力‑冻胀力监测系统及其安装方法。本发明的系统，包括：若干设置在测试断面上的传感器模块，用于测量实时数据；若干设置在各测试断面上的数据采集模块，用于采集传感器模块数据；数据处理模块，用于收集处理数据采集模块采集的数据；中央控制模块，用于控制数据采集模块、数据处理模块工作状态；数据显示模块，用于显示数据采集模块采集的数据；所述数据采集模块分别与传感器模块、数据处理模块相连接，所述数据处理模块分别与中央控制模块和数据显示模块相连接。本发明的监测系统层次分明，各测试断面之间采用并联的方式工作，某一测试断面的损坏不会影响其他测试断面的工作，实用性高；并且测试数据完整可靠，数据处理简洁明了，数据连续性强，便于分析。
Description
技术领域
本发明属于隧道监测技术领域，具体涉及一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统及其安装方法。
背景技术
随着我国西部大开发战略的实施，越来越多的公路隧道开始修建，我国西部多以高原地貌为主，海拔高、气温低，这就不可避免的会有许多高海拔寒气隧道投入建设运营，寒区隧道的主要特点是“冻—融”循环，随着季节温度的变化，隧道围岩会受到影响，冬季围岩受低温气候的影响会产生新的冻结圈，围岩对衬砌作用巨大的冻胀力，夏季气温回暖，冻结圈融化围岩作用于衬砌的冻胀力逐渐减小直至消失，这一些列的围岩温度场的相变对衬砌产生的冻胀力是造成寒区隧道病害的关键因素，此外无论冻结圈存在与否，隧道围岩均会对二次衬砌作用有围岩压力，围岩冻结发生时，冻胀力与围岩压力共同作用于二次衬砌，通常很难区分二者之间的大小关系，因此研究寒区隧道冻胀力—围岩压力的大小对解决寒区隧道的病害问题至关重要。
我国现行的公路隧道和铁路隧道设计规范对冻胀力荷载均有共同条文：“最冷月份气温低于-15℃地区的隧道应考虑冻胀力，冻胀力可根据当地自然条件、围岩冬季含水量及排水条件等通过研究确定”。然而规范并未给出寒区隧道的具体计算方法及公式，说明冻胀力受到多种因素的影响，很难得到其理论计算值，这就给工程实际应用带来了不小的困难。目前针对寒区隧道冻胀力量值的研究仅局限于办理论半经验计算，一些学者提出了许多经验公式，但是这些半经验计算公式应用局限性非常大，控制条件太多，计算结果准确性也值得商榷；也有学者开展了一些现场测试工作，但是采用的仪器和测试方法都不系统，测试工作通常都是需要仪器厂家技术人员配合进行，仪器技术人员不懂隧道，隧道技术人员不懂仪器，这就造成了相当大的脱节，导致现场测试工作常常难以进行，即使测试完成得到的测试结果也难以使人满意，此外，目前所进行的现场测试都是通过埋设土压力盒，得到围岩和初支、初支和二衬之间的接触压力，把这个接触压力当作寒区隧道的冻胀力，而事实是当冻结圈存在时，冻胀力和围岩压力共同作用于初支和二衬，两者混合在一起难以区分，因此，得到的测试结果的准确定也大打折扣。总体来说，当前并没有一套针对于寒区隧道围岩压力—冻胀力的测试系统，大量寒区隧道的建设运营使得发明一种寒区隧道围岩压力—冻胀力的测试系统成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种准确测量寒区隧道的冻胀力和围岩压力的寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统及其安装方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供的寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统，包括：若干设置在测试断面上的传感器模块，用于测量实时数据；
若干设置在各测试断面上的数据采集模块，用于采集传感器模块数据；
数据处理模块，用于收集处理数据采集模块采集的数据；
中央控制模块，用于控制数据采集模块、数据处理模块工作状态；
数据显示模块，用于显示数据采集模块采集的数据；
所述数据采集模块分别与传感器模块、数据处理模块相连接，所述数据处理模块分别与中央控制模块和数据显示模块相连接。
进一步的，所述传感器模块包括钢筋计、土压力盒和温度计；
所述数据采集模块包括应力采集模块和温度采集模块，所述各测试断面的钢筋计和土压力盒与应力采集模块相连接，温度计与温度采集模块相连接。
进一步的，所述各测试断面分别设置有2个土压力盒，所述土压力盒通过十字支架设置在测试断面的围岩和初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间。
进一步的，所述温度计设置在十字支架上。
进一步的，所述钢筋计设置在测试断面钢拱架的肋部。
进一步的，所述数据采集模块悬挂在测试断面二次衬砌壁面上。
本发明提供的寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，包括以下步骤：步骤1，选取测试断面，并选定相应数量的钢筋计、土压力盒和温度计，并分别编号待用；
步骤2，隧道开挖至设计轮廓线，在围岩上各测试断面的位置上开凿放置第一层土压力盒的空隙，然后用十字支架将土压力盒按对应编号固定，使土压力盒与围岩紧密接触；
步骤3，在各十字支架上绑扎相同编号的温度计；
步骤4，钢拱架架立完毕后，按照编号依次在钢拱架各测试断面肋部焊接固定钢筋计；
步骤5，施作二次衬砌，将所有测试仪器的引线穿过PVC管从二次衬砌的底部引出，整理编号待用；
步骤6，将同一测试断面的所有测试仪器连接到该测试断面的数据采集模块，各数据采集模块悬挂在二次衬砌壁面上。
步骤7，将所有测试断面的数据采集模块通过电缆线连接到数据处理模块，数据处理模块与中央控制模块、数据显示模块连接。
进一步的，绑扎步骤3所述温度计后，采用预喷混凝土固定。
进一步的，步骤4所述钢筋计固定在钢拱架上后，将同一测试断面上的土压力盒、钢筋计、温度计的引线理顺到隧道一侧，采用土工布覆盖。
进一步的，步骤4后，还包括以下步骤：喷射混凝土并预留用于放置第二层土压力盒的空隙，采用十字支架将第二层土压力盒设置在各测试断面的初期支护与二次衬砌之间，然后喷射混凝土到设计厚度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明的检测系统通过在各测试断面上设置传感器模块，并通过数据采集模块将数据采集后传送至数据处理模块，通过中央控制模块控制数据采集模块和数据处理模块的工作状态，层次分明，各测试断面之间采用并联的方式工作，某一测试断面的损坏不会影响其他测试断面的工作，实用性高；并且测试数据完整可靠，数据处理简洁明了，数据连续性强，便于分析。
进一步的，通过设置钢筋计、土压力盒和温度计，使测试数据更加全面丰富、完整可靠。
进一步的，土压力盒通过十字支架固定吗，使测试数据更加可靠。
进一步的，将钢筋计设置在钢拱架肋部，协调共同变形，从而保证了其测试数据的可靠性。
本发明提供的安装方法通过采用十字支架将土压力盒固定安装，保证土压力盒与围岩、二次衬砌紧密接触，钢筋计固定在钢拱架肋部，协调共同变形，从而保证了其测试数据的可靠性；通过中央控制模块对数据采集模块和数据处理模块进行控制，得到的数据连续性强，并避免了人为因素的影响。
进一步的，通过设置第二层土压力盒，保证数据测量结果更加完整。
附图说明
图1为本发明检测系统结构示意图；
图2为本发明测试断面示意图；
图3为本发明测试断面布置横断面结构图；
图4为本发明钢筋计安装侧视图图；
图5为本发明钢筋计安装俯视图；
图6为本发明十字支架示意图；
图7为本发明土压力盒安装示意图；
其中：1为围岩，2为初期支护，3为钢拱架，4为土压力盒，5为二次衬砌，6为钢筋计，7为固定支座，8为十字支架，9为温度计。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。
参见图1，本发明提供的检测系统包括：若干设置在测试断面上的传感器模块，用于测量实时数据；若干设置在各测试断面上的数据采集模块，用于采集传感器模块数据；数据处理模块，用于收集处理数据采集模块采集的数据；中央控制模块，用于控制数据采集模块、数据处理模块工作状态；数据显示模块，用于显示数据采集模块采集的数据；所述数据采集模块分别与传感器模块、数据处理模块相连接，所述数据处理模块分别与中央控制模块和数据显示模块相连接。参见图2，所述的传感器模块和数据采集模块与设计的测试断面一一对应。所述传感器模块包括钢筋6、土压力盒4和温度计9，数据采集模块包括应力采集模块和温度采集模块，各测试断面的钢筋计6、和土压力盒4与本测试断面的应力采集模块相连接，温度计9与本测试断面的温度采集模块相连接。各测试断面分别设置有2个土压力盒4，所述土压力4盒通过十字支架8固定设置在测试断面的围岩1和初期支护2之间、初期支护2与二次衬砌5之间。温度计9设置在十字支架8的一条支臂上。钢筋计6设置在测试断面钢拱架3的肋部。数据采集模块悬挂在测试断面二次衬砌5的壁面上。
本发明提供的寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，包括以下步骤：步骤1，选取测试断面，并选定相应数量的钢筋计6、土压力盒4和温度计9，并分别编号待用；
步骤2，隧道开挖至设计轮廓线，在围岩1上各测试断面的位置上开凿放置第一层土压力盒4的空隙，然后用十字支架8将土压力盒4按对应编号固定，使土压力盒4与围岩1紧密接触；
步骤3，在各十字支架8上绑扎相同编号的温度计9，采用预喷混凝土的方法固定；
步骤4，钢拱架3架立完毕后，按照编号依次在钢拱架3各测试断面肋部安装钢筋计6，并采用焊接的方式固定；然后将同一测试断面上的土压力盒4、钢筋计6、温度计9的引线理顺到隧道一侧，采用土工布覆盖；
步骤5，喷射混凝土并预留用于放置第二层土压力盒4的空隙，采用十字支架8将第二层土压力盒4放置在各测试断面的初期支护2与二次衬砌5之间，然后喷射混凝土到设计厚度；
步骤6，施作二次衬砌5，将所有测试仪器的引线穿过PVC管从二次衬砌5的底部引出，整理编号待用；
步骤7，将同一测试断面的所有测试仪器连接到该测试断面的数据采集模块，各数据采集模块悬挂在二次衬砌壁面上；
步骤8，将所有测试断面的数据采集模块通过电缆线连接到数据处理模块，数据处理模块与中央控制模块、数据显示模块连接。
安装、连接完毕后对监测系统进行调试，并对土压力盒4、钢筋计6、温度计9进行初始标定，然后通过中央控制模块设置采集时间进行数据采集；数据采集完成后，连接数据显示模块到数据采集模块，将采集的数据按编号导出，做进一步分析处理。
实施例
步骤1：隧道设计了六个测点，从拱顶往下依次编号1-6，根据测点数确定使用土压力盒4数量为十二个，钢筋计6，温度计9各六个，并分别对其编号为Y1-Y12，G1-G6，W1-W6备用；
步骤2：隧道开挖至设计轮廓线，在围岩1上设计测点的位置上开凿适应于第一层土压力盒4的空间，然后用十字支架8将土压力盒4按照对应编号1-6固定，使其紧密接触；
步骤3：在同测点处的十字支架8上绑扎相同编号的温度计9，将六个测点依次安设完毕后，采用预喷混凝土的方法进一步固定；
步骤4：进行钢拱架3的架立工作，钢拱架3架设完毕后，按照编号依次在钢拱架3各测试断面肋部安装钢筋计6，并采用焊接的方式固定；然后将同一测试断面上的土压力盒4、钢筋计6、温度计9的引线理顺到隧道一侧，采用土工布覆盖；
步骤5，喷射混凝土，在同一测点位置先不直接喷射到设计厚度，预留安装第二层土压力盒的空间，用同样的方法安装初支和二衬之间的土压力盒，编号7-12，然后喷射混凝土到设计厚度，将引线捋顺到隧道同一侧并予以保护；
步骤6，施作二次衬砌5，同时将各传感器的引线用PVC管从二次衬砌5底部引出，整理引线编号待用；
步骤7，将同一测试断面的所有测试仪器连接到该测试断面的数据采集模块，各数据采集模块悬挂在二次衬砌壁面上；
步骤8，将所有测试断面的数据采集模块通过电缆线连接到数据处理模块，数据处理模块与中央控制模块、数据显示模块连接。
Claims (4)
1.一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，选取测试断面，并选定相应数量的钢筋计(6)、土压力盒(4)和温度计(9)，并分别编号待用；
步骤2，隧道开挖至设计轮廓线，在围岩(1)上各测试断面的位置上开凿放置第一层土压力盒(4)的空隙，然后用十字支架(8)将土压力盒(4)按对应编号固定，使土压力盒(4)与围岩(1)紧密接触；
步骤3，在各十字支架(8)上绑扎相同编号的温度计(9)；
步骤4，钢拱架(3)架立完毕后，按照编号依次在钢拱架(3)各测试断面肋部焊接固定钢筋计(6)；
步骤5，施作二次衬砌(5)，将所有测试仪器的引线穿过PVC管从二次衬砌(5)的底部引出，整理编号待用；
步骤6，将同一测试断面的所有测试仪器连接到该测试断面的数据采集模块，各数据采集模块悬挂在二次衬砌(5)壁面上；
步骤7，将所有测试断面的数据采集模块通过电缆线连接到数据处理模块，数据处理模块与中央控制模块、数据显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，其特征在于，绑扎步骤3所述温度计(9)后，采用预喷混凝土固定。
3.根据权利要求1所述的一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，其特征在于，步骤4所述钢筋计(6)固定在钢拱架(3)上后，将同一测试断面上的土压力盒(4)、钢筋计(6)、温度计(9)的引线理顺到隧道一侧，采用土工布覆盖。
4.根据权利要求1或3所述的一种寒区隧道围岩压力-冻胀力监测系统安装方法，其特征在于，步骤4后，还包括以下步骤：喷射混凝土并预留用于放置第二层土压力盒(4)的空隙，采用十字支架(8)将第二层土压力盒(4)设置在各测试断面的初期支护(2)与二次衬砌(5)之间，然后喷射混凝土到设计厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Weng Xiaolin Inventor after: Zhang Yuwei Inventor after: Xie Yongli Inventor after: Li Youyun Inventor after: Zan Wenbo Inventor after: Li Yingcan Inventor after: Wang Qi Inventor before: Xie Yongli Inventor before: Zhang Yuwei Inventor before: Li Youyun Inventor before: Li Yingcan Inventor before: Wang Qi |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170104 Termination date: 20171128 |