CN105332739B - 一种隧道支护结构受力监测装置及方法 - Google Patents
一种隧道支护结构受力监测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105332739B CN105332739B CN201510662104.3A CN201510662104A CN105332739B CN 105332739 B CN105332739 B CN 105332739B CN 201510662104 A CN201510662104 A CN 201510662104A CN 105332739 B CN105332739 B CN 105332739B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- msub
- mrow
- strain
- concrete
- gauge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
本发明涉及一种隧道支护结构受力监测装置及方法，监测装置包括钢筋应变计、第一土压力计(12)、第一混凝土应变计(13)、表面应变计(14)、第二土压力计(21)和第二混凝土应变计(22)，所述的钢筋应变计监测锚杆应变，所述的第一土压力计(12)监测初期支护与围岩之间的接触压力，所述的第一混凝土应变计(13)监测喷射混凝土环向应变，所述的表面应变计(14)监测型钢轴向应变，所述的第二土压力计(21)监测二次衬砌与初期支护之间的接触压力，所述的第二混凝土应变计(22)监测二次衬砌混凝土环向应变。与现有技术相比，本发明装置埋设位置合理、量测结果能相互验证、相互修正，提高了量测结果的精确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道施工、测量装置及方法，尤其是涉及一种隧道支护结构受力监测装置及方法。
背景技术
隧道施工过程中，隧道初期支护，是确保施工安全的关键，它能充分发挥围岩自身的承载能力，迅速封闭围岩，避免围岩因为长时间的裸露，受水、空气等影响发生风化、水化而发生坍塌；二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌。
二次衬砌与初期支护共同组成复合式衬砌隧道初期支护，承担荷载。因此，获取初期支护和二次衬砌的应力和应变状态、结构与围岩之间的相互作用力、初期支护和二次衬砌之间的相互作用力，以及围岩、初期支护、二次衬砌的位移变化过程，对隧道施工相关围岩力学和结构受力特性研究具有重要意义。
当前隧道施工力学研究中，基础数据多来源于结构表面位移监测，对支护结构受力状态，支护结构和围岩、二次衬砌和初期支护的接触应力以反分析为主，加大了与实际结果的偏差。而对于土工仪器的监测方法，多以仪器厂商的埋设经验为主，而仪器厂商对监测结果的计算分析水平有限，影响了计算结果的准确性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仪器埋设位置科学合理、监测结果可信度高、计算结果准确的隧道支护结构受力监测装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种隧道支护结构受力监测装置，其特征在于，包括：
初期支护受力监测单元，包括钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计和表面应变计，所述的钢筋应变计设置在锚杆上，所述的第一土压力计设置在初期支护与围岩之间，所述的第一混凝土应变计设置在初期支护喷射混凝土中，所述的表面应变计设置在初期支护的型钢上；
二次衬砌受力监测单元，包括第二土压力计和第二混凝土应变计，所述的第二土压力计设置在二次衬砌钢筋网与初期支护之间，所述的第二混凝土应变计设置在二次衬砌混凝土与二次衬砌的钢筋网之间。
所述的初期支护的型钢为“工”型，每块型钢上设置两个表面应变计，所述的两个表面应变计对称布置在型钢的两个翼板内侧，用于监测型钢翼板在隧道环切向应变。
所述的第一混凝土应变计轴线位于两个表面应变计的对称平面上，且轴向与隧道环向切线平行。
所述的第一土压力计埋设在围岩中并垂直于围岩表面，所述的第二土压力计埋设在初支混凝土中并垂直于初支混凝土表面，第一土压力计和第二土压力计分别用压力盒托架固定。
所述的第二混凝土应变计设有两个，所述的两个第二混凝土应变计对称设置在二次衬砌的两层钢筋网内侧，第二混凝土应变计轴向与隧道环切线平行。
一种使用所述的隧道支护结构受力监测装置进行隧道支护结构受力监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01，记录监测装置中各计量仪器出厂时的参数和初始数值大小；
S02，布置初期支护结构和初期支护受力监测单元中的各计量仪器，其中钢筋应变计设置3个，分别设置在锚杆1/4、1/2、3/4的部位，并记录各计量仪器量测值，以及两个表面应变计之间的距离；
S03，喷射初期支护混凝土；
S04，布置二次衬砌钢筋网和二次衬砌受力监测单元中的各计量仪器，并记录量测值；
S05，浇筑二次衬砌混凝土；
S06，浇筑完成后再次读取初期支护受力监测单元和二次衬砌受力监测单元中各计量仪器的量测值；
S07，根据钢筋应变计、第一土压力计、第一混凝土应变计、表面应变计、第二土压力计、第二混凝土应变计的应变计算结果，分别对应得到锚杆应变、初期支护与围岩之间的接触压力σ初、喷射混凝土环向应变、型钢翼板在隧道环切向的应变、二次衬砌与初期支护之间的接触压力σ二、二次衬砌混凝土环向应变；
S08，根据步骤S07的结果，分别计算喷射混凝土和二次衬砌在隧道径向、环切向和纵向三个方向的应力，具体如下：分别计算喷射混凝土和二次衬砌在隧道径向、环切向和纵向三个方向的应力应变，具体如下：
式中，Ei为弹性模量，μi为泊松比，σxi为径向应力，其中喷射混凝土的径向应力二次衬砌的径向应力σyi为环切向应力，σzi为纵向应力，εxi为径向应变，εyi为环切向应变，εzi为纵向应变，εzi＝0，式中各符号下标中的i＝0或1，其中0代表喷射混凝土，1代表二次衬砌，通过求解三元一次方程组可获得所有混凝土应力应变信息。
所述的锚杆应力M1求解计算式为：
M1＝E2·ε
其中，E2为锚杆钢筋的弹性模量，ε为三个钢筋应变计的应变计算结果的均值。
所述的型钢翼板在隧道环切向的应变包括型钢轴力F轴、型钢弯矩M和旋转中心，所述的旋转中心为两个表面应变计的对称中心，所述的型钢轴力F轴和型钢弯矩M计算式为：
其中，E为型钢的弹性模量，ε1为第一个表面应变计应变计算结果，ε2为第二个表面应变计应变计算结果，h0为型钢腹板长度，A翼为型钢翼板面积，A腹为型钢腹板面积。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)提出了适用于系统监测隧道衬砌结构应力应变的土工仪器埋设方案：初期支护中，采用钢筋应变计监测锚杆应变，土压力盒监测初期支护与围岩接触压力，混凝土应变计监测喷射混凝土环向应变，表面应变计监测初支型钢轴向应变；二次衬砌中，采用土压力盒监测二次衬砌与初期支护接触压力，混凝土应变计监测二次衬砌混凝土环向应变。装置埋设位置合理，量测结果能相互验证、相互修正。
(2)提出了受力监测结果获取的方法及修正后的应变计算公式，例如，初期支护的径向应变为第一土压力计和第二土压力计监测结果的均值；型钢的旋转中心、轴力和弯矩通过联立对称设置的表面应变计的监测结果求解；对于靠近初期支护一侧的第二混凝土应变计，应变为第二土压力计量测结果，而对于靠近隧道净空一侧的第二混凝土应变计，应变取0。通过联立求解和修正计算，提高了量测结果的精确性和可靠性。
附图说明
图1为本实施例初期支护受力检测装置埋设位置主视示意图；
图2为本实施例初期支护受力检测装置埋设位置左右二等轴测示意图；
图3为本实施例初期支护受力检测装置埋设位置等轴测示意图；
图4为本实施例二次衬砌受力检测装置埋设位置主视示意图；
图5为本实施例二次衬砌受力检测装置埋设位置等轴测示意图；
图6为混凝土微元体示意图；
附图标记：12为第一土压力计；13为第一混凝土应变计；14为表面应变计；21为第二土压力计；22为第二混凝土应变计；31为环向钢筋；32为纵向钢筋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1～5所示，一种隧道支护结构受力监测装置，包括初期支护受力监测单元和二次衬砌受力监测单元。
其中初期支护受力监测单元包括钢筋应变计、第一土压力计12、第一混凝土应变计13和表面应变计14。如图2所示，初期支护的型钢为“工”型，每块型钢上设置两个表面应变计14，两个表面应变计14对称布置在型钢的两个翼板内侧，用于监测型钢翼板在隧道环切向应变。钢筋应变计设置3个，分别设置在锚杆1/4、1/2、3/4的部位。第一土压力计12设置在初期支护与围岩之间，埋设在围岩中，并垂直于围岩表面。第一混凝土应变计13设置在初期支护喷射混凝土中，轴线位于两个表面应变计14的对称平面上，且轴向与隧道环向切线平行。
二次衬砌受力监测单元包括第二土压力计21和第二混凝土应变计22，第二土压力计21设置在二次衬砌钢筋网与初期支护之间，埋设在初支混凝土中并垂直于初支混凝土表面，第一土压力计12和第二土压力计21分别用压力盒托架固定。第二混凝土应变计22设置在二次衬砌混凝土与二次衬砌的钢筋网之间，设有两个，呈对称设置在二次衬砌的两层钢筋网内侧，第二混凝土应变计22轴向与隧道环切线平行。
一种隧道支护结构受力监测方法，包括以下步骤：
S01，记录所述的隧道支护结构受力监测装置中各计量仪器出厂时的参数和初始数值大小；
S02，布置初期支护结构和初期支护受力监测单元中的各计量仪器，并记录各计量仪器量测值，以及两个表面应变计14之间的距离；
S03，喷射初期支护混凝土；
S04，布置二次衬砌钢筋网和二次衬砌受力监测单元中的各计量仪器，并记录量测值；
S05，浇筑二次衬砌混凝土；
S06，浇筑完成后再次读取初期支护受力监测单元和二次衬砌受力监测单元中各计量仪器的量测值；
S07，根据钢筋应变计、第一土压力计12、第一混凝土应变计13、表面应变计14、第二土压力计21、第二混凝土应变计22的应变计算结果，分别对应得到锚杆应变、初期支护与围岩之间的接触压力σ初、喷射混凝土环向应变、型钢翼板在隧道环切向的应变、二次衬砌与初期支护之间的接触压力σ二、二次衬砌混凝土环向应变；
S08，根据步骤S07的结果，分别计算喷射混凝土和二次衬砌在隧道径向、环切向和纵向三个方向的应力，具体如下：
式中，Ei为弹性模量，σxi为径向应力，σyi为环切向应力，σzi为纵向应力，εxi为径向应变，εyi为环切向应变，εzi为纵向应变，μi为泊松比，下标中的i＝0或1，其中0代表喷射混凝土，1代表二次衬砌；
其中，喷射混凝土的径向应力二次衬砌的径向应力εzi＝0，通过求解三元一次方程组可获得所有混凝土应力应变信息。
所述的锚杆应力M1求解计算式为：
M1＝E2·ε
其中，E2为锚杆钢筋的弹性模量，ε为三个钢筋应变计的应变计算结果的均值。
所述的型钢翼板在隧道环切向的应变包括型钢轴力F轴、型钢弯矩M和旋转中心，所述的旋转中心为两个表面应变计14的对称中心，所述的型钢轴力F轴和型钢弯矩M计算式为：
其中，E为型钢的弹性模量，ε1为第一个表面应变计14应变计算结果，ε2为第二个表面应变计14应变计算结果，h0为型钢腹板长度，A翼为型钢翼板面积，A腹为型钢腹板面积。
钢筋应变计设置在锚杆1/4、1/2、3/4的部位，施工过程中，应适当提高钻孔直径，并注意加大对钢筋应变计仪器导线的保护。
一种对隧道支护结构受力监测装置采集的数据进行分析的方法，该方法具体为：
1)埋设前，记录各计量仪器出厂时的各项参数，各仪器埋设前的初始数值大小，以及两个表面应变计14的轴心相对距离。
2)然后将各计量仪器埋设在各自对应位置，埋设完成后，记录各计量仪器的量测值；再浇筑混凝土，浇筑完成后，拆除模板，按短期内高频率测量、稳定后低频率测量的方式进行数据读取。
3)通过记录钢筋应变计、第一土压力计12、第一混凝土应变计13、表面应变计14、第二土压力计21和第二混凝土应变计22采集的数据，分别获取锚杆应变、初期支护与围岩之间的接触压力、喷射混凝土环向应变、型钢轴向应变、二次衬砌与初期支护之间的接触压力以及二次衬砌混凝土环向应变。
初期支护土压力计在设计时非接触面采用了约5mm的橡胶包裹，对混凝土的位移起到了限制作用，在土压计受力时，橡胶结构对压力计限制较小，可认为其处于无侧限状态。故其量测结果即为接触应力。
在量测结果计算时，需对模型进行如下假设：①初期支护监测单元和二次衬砌受力监测单元埋设处的剪应力很小，可以忽略不计，土压力计处于三向受力状态，将隧道纵向、径向和环切向作为主应力方向。②初期支护混凝土各向同性且处于弹性变形阶段；③测量仪器与混凝土钢架协同变形，没有相对位移。
各应变具体计算方法如下：
a)锚杆应变力与钢筋应变计数据的关系为：
M1＝E2·ε
其中，E2为锚杆钢筋的弹性模量，ε为3个钢筋应变计的应变计算结果的均值。
b)型钢轴向应变中，型钢的旋转中心、轴力和弯矩通过联立对称设置的表面应变计14的监测结果求解，联立求解可减小误差，提高精度，以确定初支型钢支架横断面轴力和弯矩，确保初支结构不发生拉、压和失稳破坏。具体计算式如下：
F轴——型钢轴力；
E——型钢弹性模量；
ε1——第一个表面应变计14应变计算结果；
ε2——第二个表面应变计14应变计算结果。
M——型钢弯矩；
h0——型钢腹板长度；
A翼——型钢翼板面积；
A腹——型钢腹板面积。
c)第一混凝土应变计13和第二混凝土应变计22的频率量测结果在转换为应力过程中，采用修正计算来消除其它方向受力的影响。
二次衬砌的测量结果修正过程中，靠近初期支护的混凝土径向应力为第二土压力计21监测结果，靠隧道净空一侧的混凝土径向应力为0；混凝土的横断面轴向应变和弯曲应变通过分析两个第二混凝土应变计22的监测结果来确定。
初期支护的测量结果修正过程中，假定衬砌结构未发生纵向应变，初期支护喷射混凝土径向应变为第一土压力计12和第二土压力计21监测结果的均值。
第一混凝土应变计13量测结果为在埋设方向的初期支护喷射混凝土应变，由于其处于三向受力状态，传统的σ＝E·ε的计算公式不适用，须进行修正计算。以初期支护为例，取微元体如图6所示。
σx0——初期支护径向应力，由于初期支护结构具有二个受力阶段，即初期支护结构单独支护阶段和初期支护二次衬砌支护结构共同支护阶段，初期支护与围岩接触应力为σ初，初期支护与二次衬砌接触应力为σ二，其值分别由相应土压力计量测得出，二次衬砌未施作时σ二＝0。初期支护混凝土应变计13埋设于初期支护结构中平面，平面两侧径向应力分别为σ衬、σ二，近似认为中平面处径向应力为：
εy0——初期支护环向应变，其值由表面应变计量测得到；
εz0——初期支护纵向应变，对于隧道结构，εz＝0。
由：
可求得：
又：
其中：
E0——初期支护混凝土弹性模量；
μ0——初期支护混凝土泊松比；
通过以上计算可求得初期支护混凝土应力应变状态中的εx0、σy0、σz0。
对于第二混凝土应变计22，其受力状态与第一混凝土应变计13相似，只是混凝土结构径向应力的确定方式有些许差异，对于靠近初期支护一侧的第二混凝土应变计22，应变为第二土压力计21量测结果，而对于靠近隧道净空一侧的第二混凝土应变计22，应变取0。其他计算公式与初期支护喷射混凝土应变计算相同。
本实施例中，监测装置的仪器为振弦式钢筋应变计、振弦式混凝土应变计、振弦式表面应变计、振弦式土压力计。埋设前和埋设完成后，分别记录各计量仪器的量测值；混凝土浇筑完成后，拆除模板，按短期内高频率测量、稳定后低频率测量的方式进行数据读取。此数据记录方法能保证数据样本的代表性，且不会造成人力物力浪费，施工过程中具有较高可行性。
本实施例可用于监测隧道施工过程中支护结构的受力状态和变形特征，获取围岩荷载释放规律，初支、二次衬砌的荷载分担比，为支护结构优化，结构加固，施工时机掌控提供依据，为施工安全提供保障。
Claims (7)
1.一种隧道支护结构受力监测方法，采用隧道支护结构受力监测装置进行隧道支护结构受力监测，其特征在于，所述的装置包括：
初期支护受力监测单元，包括钢筋应变计、第一土压力计(12)、第一混凝土应变计(13)和表面应变计(14)，所述的钢筋应变计设置在锚杆上，所述的第一土压力计(12)设置在初期支护与围岩之间，所述的第一混凝土应变计(13)设置在初期支护喷射混凝土中，所述的表面应变计(14)设置在初期支护的型钢上；
二次衬砌受力监测单元，包括第二土压力计(21)和第二混凝土应变计(22)，所述的第二土压力计(21)设置在二次衬砌钢筋网与初期支护之间，所述的第二混凝土应变计(22)设置在二次衬砌混凝土与二次衬砌的钢筋网之间；
所述的方法包括以下步骤：
S01，记录监测装置中各计量仪器出厂时的参数和初始数值大小；
S02，布置初期支护结构和初期支护受力监测单元中的各计量仪器，其中钢筋应变计设置三个，分别设置在锚杆1/4、1/2、3/4的部位，每块型钢上设置两个表面应变计(14)，所述的两个表面应变计(14)对称布置在型钢的两个翼板内侧，并记录各计量仪器量测值，以及两个表面应变计(14)之间的距离；
S03，喷射初期支护混凝土；
S04，布置二次衬砌钢筋网和二次衬砌受力监测单元中的各计量仪器，并记录量测值；
S05，浇筑二次衬砌混凝土；
S06，浇筑完成后再次读取初期支护受力监测单元和二次衬砌受力监测单元中各计量仪器的量测值；
S07，根据钢筋应变计、第一土压力计(12)、第一混凝土应变计(13)、表面应变计(14)、第二土压力计(21)、第二混凝土应变计(22)的应变计算结果，分别对应得到锚杆应变、初期支护与围岩之间的接触压力σ初、喷射混凝土环向应变、型钢翼板在隧道环切向的应变、二次衬砌与初期支护之间的接触压力σ二、二次衬砌混凝土环向应变；
S08，根据步骤S07的结果，分别计算喷射混凝土和二次衬砌在隧道径向、环切向和纵向三个方向的应力应变，具体如下：
<mrow>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>&lsqb;</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>E</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&mu;</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mfrac>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
式中，Ei为弹性模量，μi为泊松比，σxi为径向应力，其中喷射混凝土的径向应力二次衬砌的径向应力σyi为环切向应力，σzi为纵向应力，εxi为径向应变，εyi为环切向应变，εzi为纵向应变，εzi＝0，式中各符号下标中的i＝0或1，其中0代表喷射混凝土，1代表二次衬砌。
2.根据权利要求1所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，所述的初期支护的型钢为“工”型，每块型钢上设置两个表面应变计(14)，所述的两个表面应变计(14)对称布置在型钢的两个翼板内侧，用于监测型钢翼板在隧道环切向应变。
3.根据权利要求2所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，所述的第一混凝土应变计(13)轴线位于两个表面应变计(14)的对称平面上，且轴向与隧道环向切线平行。
4.根据权利要求1所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，所述的第一土压力计(12)埋设在围岩中并垂直于围岩表面，所述的第二土压力计(21)埋设在初支混凝土中并垂直于初支混凝土表面，第一土压力计(12)和第二土压力计(21)分别用压力盒托架固定。
5.根据权利要求1所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，所述的第二混凝土应变计(22)设有两个，所述的两个第二混凝土应变计(22)对称设置在二次衬砌的两层钢筋网内侧，第二混凝土应变计(22)轴向与隧道环切线平行。
6.根据权利要求1所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，锚杆应力M1求解计算式为：
M1＝E2·ε
其中，E2为锚杆钢筋的弹性模量，ε为三个钢筋应变计的应变计算结果的均值。
7.根据权利要求1所述的一种隧道支护结构受力监测方法，其特征在于，所述的型钢翼板在隧道环切向的应变包括型钢轴力F轴、型钢弯矩M和旋转中心，所述的旋转中心为两个表面应变计(14)的对称中心，所述的型钢轴力F轴和型钢弯矩M计算式为：
其中，E为型钢的弹性模量，ε1为第一个表面应变计(14)应变计算结果，ε2为第二个表面应变计(14)应变计算结果，h0为型钢腹板长度，A翼为型钢翼板面积，A腹为型钢腹板面积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510662104.3A CN105332739B (zh) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | 一种隧道支护结构受力监测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510662104.3A CN105332739B (zh) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | 一种隧道支护结构受力监测装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105332739A CN105332739A (zh) | 2016-02-17 |
| CN105332739B true CN105332739B (zh) | 2018-02-09 |
Family
ID=55283470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510662104.3A Expired - Fee Related CN105332739B (zh) | 2015-10-14 | 2015-10-14 | 一种隧道支护结构受力监测装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105332739B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106370335B (zh) * | 2016-10-21 | 2022-06-28 | 洛阳理工学院 | 一种测量岩质围岩-衬砌接触压力的压力盒固定装置 |
| CN106837423A (zh) * | 2017-03-13 | 2017-06-13 | 中国矿业大学(北京) | 一种暗挖隧道结构的安全监测系统 |
| CN107631676B (zh) * | 2017-10-30 | 2019-09-20 | 中铁北京工程局集团第一工程有限公司 | 一种隧道初支与二衬间相对竖向位移的监测方法 |
| CN108414125A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-08-17 | 天地科技股份有限公司 | 一种井下巷道混凝土喷层内应力的测量系统及方法 |
| CN109386298B (zh) * | 2018-11-16 | 2024-03-01 | 中铁十二局集团有限公司 | 一种带有监测设备的预制隧道钢拱架 |
| CN109989773A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-09 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 公路软岩隧道的拉锚支护系统以及方法 |
| CN110030018A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-19 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种软弱围岩隧道支护装置 |
| CN111141675A (zh) * | 2020-01-13 | 2020-05-12 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种预判大坝廊道混凝土开裂的监测方法 |
| CN111608730A (zh) * | 2020-05-22 | 2020-09-01 | 中铁隧道局集团有限公司 | 一种监测隧道多层支护各层压力的压力盒埋设方法 |
| CN111764944A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-13 | 中国水利水电科学研究院 | 适用于裂隙硬岩支护锚杆（钢筋）受力监测的三向钢筋计 |
| CN112324501A (zh) * | 2020-07-26 | 2021-02-05 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 铁路隧道深大竖井井壁结构应力测试系统 |
| CN112784335A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-11 | 四川藏区高速公路有限责任公司 | 一种基于隧道二衬表面应变的隧道力学行为分析方法 |
| CN113514328A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-10-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 埋入式穿透混凝土无线应力应变监测及报警系统 |
| CN116929460A (zh) * | 2023-09-19 | 2023-10-24 | 北京交通大学 | 隧道支护结构受力无线智能监测系统及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2470172A1 (en) * | 2001-12-31 | 2003-08-21 | Carl B. Sunderman | Instrumented rock bolt, data logger and user interface system |
| CN101458069B (zh) * | 2008-12-30 | 2011-02-23 | 中铁二十四局集团有限公司 | 隧道围岩变形监测方法及其监测系统 |
| CN102507348B (zh) * | 2011-10-19 | 2013-08-07 | 宁波交通工程建设集团有限公司 | 一种隧道二次衬砌混凝土结构承载能力的试验方法 |
| CN103835757A (zh) * | 2012-11-21 | 2014-06-04 | 西安众智惠泽光电科技有限公司 | 一种巷道支护结构支护稳定性预估系统 |
| CN204283440U (zh) * | 2014-12-10 | 2015-04-22 | 中铁二十局集团有限公司 | 浅埋暗挖隧道支护状态监测结构 |
| CN204436476U (zh) * | 2015-02-16 | 2015-07-01 | 大连海事大学 | 基于衬砌应变的隧道塌方自动监测装置 |
-
2015
- 2015-10-14 CN CN201510662104.3A patent/CN105332739B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105332739A (zh) | 2016-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105332739B (zh) | 一种隧道支护结构受力监测装置及方法 | |
| CN104344993B (zh) | 一种构件承载力和材料性能参数的试验测量方法 | |
| CN109374726A (zh) | 基于磁场的混凝土中钢筋锈蚀无损动态监测传感器及系统 | |
| CN103309325A (zh) | 用于预应力钢结构的三维可视化动态监测系统及监测方法 | |
| CN110029692A (zh) | 基于SCPTu探头测试值确定软土中单桩承载力时效性的方法 | |
| CN103674589A (zh) | 一种混凝土结构高大模板支撑体系受力变形实测方法 | |
| CN105160057B (zh) | 利用夯沉比确定填筑土同一能级下最优含水量的方法 | |
| CN101701882B (zh) | 塔式结构刚度的快速识别方法 | |
| CN105241648B (zh) | 模拟黄土隧道锁脚锚管端头受力的加载装置及其使用方法 | |
| CN101871776A (zh) | 一种排桩桩身变形量的计算方法 | |
| CN102053027A (zh) | 高速铁路预制箱梁收缩徐变仿真分析用模型梁的制作方法 | |
| CN107268693A (zh) | 基于自平衡法的桩承载能力自动检测系统及检测方法 | |
| CN203551275U (zh) | 一种便携式在役电杆混凝土抗压强度现场测量仪器 | |
| CN109211464B (zh) | 渗压计埋设装置及埋设方法 | |
| CN104533520A (zh) | 一种监控隧道拱顶沉降和周边收敛的方法 | |
| CN115481478A (zh) | 一种大直径环型基桩的力学性能模拟方法 | |
| CN105206157B (zh) | 水工模型试验教学平台 | |
| CN203287131U (zh) | 钢筋拉应力的检测装置 | |
| CN203890993U (zh) | 土层密实度测试装置 | |
| CN206301331U (zh) | 一种起重机轮压测试装置 | |
| CN206573402U (zh) | 用于检测水泥石弹性模量的模具装置 | |
| CN202000356U (zh) | 复杂条件下深基坑工程结构受力与变形分析装置 | |
| CN202433131U (zh) | 一种检验螺栓载荷的装置 | |
| CN105116133A (zh) | 一种用于监测混凝土应力的装置及方法 | |
| CN201762738U (zh) | 一种敞开组合式荷载箱 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| 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: 20180209 Termination date: 20201014 |