CN105352641B - 可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法，所述装置包括：用于感应管片外部土压力的土压力感应板，用于测量管片土压力的土压力传感器，用于测量管片上的孔隙水压力的孔隙水压力传感器，用于传导孔隙水的空心圆管、金属管，用于控制孔隙水压通道的三通金属管，用于密封空心圆管和金属管的塑料盖，用于土压力传感器和孔隙水压力传感器与数据采集设备相连的导线。本发明安装简便且易于操作，可同时监测管片的土压力和孔隙水压力。

Description

可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体地，涉及一种可同时监测盾构隧道管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法。

背景技术

随着城市交通的快速发展，城市地下空间的开发和利用已经成为一种趋势，盾构隧道以其独特的优越性，在地铁隧道和公路隧道中得到了广泛应用。与此同时，盾构隧道的安全建设和安全运营也因此引起了越来越多的从业人员的重视。

盾构隧道管片荷载是隧道设计的重要依据，特别是作用在盾构隧道管片上的水土压力。现在用于监测盾构隧道管片外部土压力和孔隙水压力的压力计通常都是分开的。土压力的监测通常是先在管片拼装之前在管片外弧面预埋好土压力计，然后把导线收集到管片内弧面的预留孔内，管片拼装好之后再把导线和监测设备相连，采集数据。孔隙水压力的监测通常是在管片拼装完成且盾尾间隙所注浆液凝固后，通过打穿管片的注浆孔，安装孔隙水压力计进行监测。这种方法不但现场操作有一定难度，而且也不能第一时间监测管片外部的孔隙水压力变化。此外，对一些有较高施工要求的工程，管片拼装好之后，注浆孔不宜再打通，以防发生安全事故。如何确保施工安全，又同时能够实时监测所需的实测数据是本发明的出发点。

发明内容

针对现有技术存在的土压力和孔隙水压力没法同时监测或同时监测时难度高、不易操作、不能跟盾构推进同步等问题，本发明提供一种可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法，该压力计安装简便且易于操作，可同时监测管片的土压力和孔隙水压力。

根据本发明的一个方面，提供一种可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，包括土压力感应板、土压力传感器、孔隙水压力传感器、空心圆管、金属管、三通金属管和导线；其中：

所述土压力感应板为囊状结构，内部封闭充满液体来感应作用在管片上的土压力；

所述土压力传感器与空心圆管并排设在土压力感应板的同一侧，底部与土压力感应板的囊状结构内部相通，用于测量作用在管片上的土压力；

所述孔隙水压力传感器用于测量作用在管片上的孔隙水压力；

所述金属管用于传导从空心圆管流入的孔隙水，所述金属管与空心圆管和三通金属管螺纹相接；

所述三通金属管用于控制孔隙水压通道，三通金属管上有两个控制阀，与金属管径直相通的阀控制的通道用于疏通金属管，侧向通道上的阀控制的通道用于外接孔隙水压力传感器。三通金属管不仅能有效解决测量时孔隙水压通道因注浆而堵塞等问题，还可实现孔隙水压传感器的回收利用。

进一步的，所述压力计进一步设有塑料盖，塑料盖用于在连接孔隙水压力传感器之前，密封空心圆管和金属管。

进一步的，所述压力计进一步设有导线，导线用于土压力传感器和孔隙水压力传感器与数据采集设备相连。

优选地，所述土压力感应板为长方形，金属制作，偏离土压力感应板中心有一圆孔，圆孔处连接空心圆管。

优选地，所述空心圆管为金属制作，用于传导孔隙水，底部与土压力感应板上的圆孔紧密相连，防止水在空心圆管和圆孔的接缝处流出。

根据本发明的另一个方面，提供一种上述装置的安装方法，包括如下步骤：

S11，管片预制时，在管片外弧面注浆孔的位置，以注浆孔为中心预埋一块与所述装置同样尺寸的钢板，并固定；

S12，管片成型后，取下预埋钢板，并平整管片外弧面安装所述装置的部分，然后打穿管片注浆孔；

S13，检查土压力传感器是否能正常读数，再把分段的金属管与土压力感应板上的空心圆管连接在一起；把连接好的金属管和土压力传感器放入注浆孔，并把土压力感应板安装在管片预埋钢板位置，外部用钢框把土压力感应板固定住，再把矩形钢框固定在管片上；

S14，用塑料盖密封圆孔和金属管，并在矩形钢框与压力感应板和管片相接处涂防水材料；

S15，把导线收集在注浆孔中，并盖住，完成所述装置的安装。

所述装置安装好后，在用于监测作用在隧道管片上的土压力和孔隙水压力时，还进一步包括在现场的安装步骤：

S21，管片在运进隧道之前，检查土压力传感器是否正常工作；

S22，管片拼装好后，检查土压力传感器是否正常工作，并把管片上的土压力传感器导线与数据采集设备相连；

S23，取下内弧面金属管塑料盖，把三通金属管与金属管接上；

S24，关闭三通金属管侧向孔隙水压通道控制阀，打开金属管管身通道控制阀，用硬质材料戳破另一端的塑料盖打通金属管通道，然后关闭管身通道控制阀，打开侧向通道控制阀，待有水流出后关闭；

S25，把正常工作的孔隙水压力传感器与三通金属管孔隙水压量测通道连接，并把孔隙水压力传感器导线与数据采集设备相连，然后打开三通金属管侧向通道控制阀监测孔隙水压力。

优选地，所述S22和S23，可多人同时作业，如果发现数据采集设备上孔隙水压读数不正常，重复S24步骤。

优选地，所述装置的所有导线与数据采集设备连好即开始读数，记录土压力和孔隙水压力数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明用一个装置实现了隧道管片土压力和孔隙水压力两者的监测，并且能够与管片拼装同步同时地进行，解决了现有技术存在的不足，实施简便，可操作性强。本发明压力计利用金属管传导孔隙水压力，能够保证隧道的安全。

附图说明

图1为本发明一实施例中的装置的整体示意图；

图2为本发明一实施例中的装置安装在管片上的平面示意图；

图3为本发明一实施例中的装置工作时的剖面示意图；

图4为本发明一实施例中的装置的细部结构详细示意图；

图中：

1—土压力感应板，2—土压力传感器，3—空心圆管，4—导线，5—注浆孔，6—螺栓，7—矩形钢框，8—盾构管片，9—金属管，10—三通金属管，11—孔隙水压力传感器，12—管身控制阀，13—侧向控制阀，14—塑料盖，15—圆孔

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-4所示，一种可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，包括：用于感应管片外部土压力的土压力感应板1，用于测量管片土压力的土压力传感器2，用于测量管片上的孔隙水压力的孔隙水压力传感器11，用于传导孔隙水的空心圆管3、金属管9，用于控制孔隙水压通道的三通金属管10，用于密封空心圆管和金属管的塑料盖14，用于土压力传感器和孔隙水压力传感器与数据采集设备相连的导线4。

如图1所示，为可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置的整体示意图，所述装置包括土压力感应板1、土压力传感器2、空心圆管3、导线4。

如图2所示为可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置安装在预制好的管片上的平面示意图，其中：土压力感应板1、土压力传感器2、注浆孔5、螺栓6、矩形钢框7、盾构管片8、圆孔15。

如图3所示为可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置工作时的剖面示意图，其中：土压力感应板1、土压力传感器2、空心圆管3、导线4、注浆孔5、盾构管片8、金属管9、三通金属管10、孔隙水压力传感器11、管身控制阀12、侧向控制阀13、塑料盖14。

如图4所示是可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置与管片接触处注浆孔附近细节详图。其中：土压力感应板1、土压力传感器2、空心圆管3、导线4、注浆孔5、盾构管片8、金属管9、塑料盖14、圆孔15。

在一实施例中，所述土压力感应板1为长方形，金属制作，囊状结构，内部封闭充满液体来感应作用在盾构管片8上的土压力，偏离土压力感应板1中心有一圆15孔，圆孔15处连接一空心圆管3。

在一实施例中，所述土压力传感器2与空心圆管3并排在土压力感应板1的同一侧，底部与土压力感应板1囊状结构内部相通，用于测量作用在盾构管片8上的土压力。

在一实施例中，所述空心圆管3为金属制作，用于传导孔隙水，底部与土压力感应板上1的圆孔15紧密相连，防止水在空心圆管3和圆孔15的接缝处流出。

所述孔隙水压力传感器11用于测量作用在盾构管片8上的孔隙水压力。

所述金属管9用于传导从空心圆管3流入的孔隙水，可与空心圆管3和三通金属管10螺纹相接。

所述三通金属管10用于控制孔隙水压通道。三通金属管10上有两个控制阀，与金属管9径直相通的管身控制阀12控制的通道用于疏通金属管9，侧向通道上的侧向控制阀13控制的通道用于外接孔隙水压力传感器11。三通金属管10不仅能有效解决测量时孔隙水压通道因注浆而堵塞等问题，还可实现孔隙水压传感器11的回收利用。

所述塑料盖14，用于在连接孔隙水压力传感器11之前，密封空心圆管3和金属管9。

所述导线4，用于土压力传感器2和孔隙水压力传感器11与数据采集设备相连。

在一优选实施例中，土压力感应板1为长方形，长50cm，宽30cm。偏离其中心有一圆孔15，圆孔15的圆心沿长度方向偏离长方形中心1.5cm。

在一优选实施例中，所述土压力传感器2和孔隙水压力传感器11为圆形，直径小于2cm。

在一优选实施例中，所述空心圆管3和金属管9由不锈钢制作，圆形，直径大于2cm小于3cm。金属管9螺纹相接，20cm一段，可拆卸。

上述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置在具体安装时，包括以下操作：

第一.在管片制作厂的步骤：

1)盾构管片8预制时，在盾构管片8外弧面注浆孔5的位置，以注浆孔5为中心预埋一块与所述装置同样尺寸的钢板，并用螺栓6固定。

2)盾构管片8成型后，取下预埋钢板，并平整管片外弧面安装所述装置的部分，然后打穿盾构管片8上的注浆孔5。

3)检查土压力传感器2是否能正常读数，再把分段的金属管9与土压力感应板1上的空心圆管3连接在一起。把连接好的金属管9和土压力传感器2放入注浆孔5，并把土压力感应板1安装在管片预埋钢板位置，外部用矩形钢框7把土压力感应板1固定住，再用螺栓6把矩形钢框7固定在盾构管片8上。

4)用塑料盖14密封圆孔15和金属管9。并在矩形钢框7与土压力感应板1和盾构管片8相接处涂防水材料。

5)把导线4收集在注浆孔5中，并用塑料盖14盖住，等待现场盾构管片8拼装。

第二.在现场的步骤：

1)盾构管片8在运入隧道之前，检查土压力传感器2是否正常工作。

2)盾构管片8拼装好后，检查土压力传感器2是否正常工作。并把盾构管片8上的土压力传感器2的导线4与数据采集设备相连。

3)取下内弧面金属管9的塑料盖14，把三通金属管10与金属管9接上。

4)关闭三通金属管10控制孔隙水压的侧向控制阀13，打开金属管9上的管身控制阀12，用硬质材料戳破另一端的塑料盖14，打通孔隙水通道。然后关闭管身控制阀12，打开侧向控制阀13，待有水流出后关闭。

5)把正常工作的孔隙水压力传感器11与三通金属管10孔隙水压量测通道连接，并把孔隙水压力传感器11导线4与数据采集设备相连，然后打开三通金属管10侧向控制阀13监测孔隙水压力。

6)上述2)和3)步可多人同时作业，如果发现数据采集设备上孔隙水压读数不正常，可重复4)步骤。

7)压力计的所有导线4与数据采集设备连好即开始读数，记录土压力和孔隙水压力数据。

本发明所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及安装方法，可以同时监测管片的水土压力，为盾构隧道管片设计和安装提供数据支持。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：包括土压力感应板、土压力传感器、孔隙水压力传感器、空心圆管、金属管、三通金属管和导线；其中：

所述土压力感应板为囊状结构，内部封闭充满液体来感应作用在管片上的土压力；

所述土压力传感器与空心圆管并排设在土压力感应板的同一侧，底部与土压力感应板的囊状结构内部相通，用于测量作用在管片上的土压力；

所述孔隙水压力传感器用于测量作用在管片上的孔隙水压力；

所述金属管用于传导从空心圆管流入的孔隙水，所述金属管与空心圆管和三通金属管螺纹相接；

所述三通金属管用于控制孔隙水压通道，三通金属管上有两个控制阀，与金属管径直相通的阀控制的通道用于疏通金属管，侧向通道上的阀控制的通道用于外接孔隙水压力传感器。

2.根据权利要求1所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：所述土压力感应板为长方形，金属制作，偏离土压力感应板中心有一圆孔，圆孔处连接空心圆管。

3.根据权利要求2所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：所述空心圆管为金属制作，用于传导孔隙水，底部与土压力感应板上的圆孔紧密相连，防止水在空心圆管和圆孔的接缝处流出。

4.根据权利要求3所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：所述空心圆管和金属管由不锈钢制作，圆形，直径大于2cm小于3cm，多段金属管螺纹相接，每段均可拆卸。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：所述装置进一步设有塑料盖，塑料盖用于在连接孔隙水压力传感器之前，密封空心圆管和金属管。

6.根据权利要求1-4任一项所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置，其特征在于：所述装置进一步设有导线，导线用于土压力传感器和孔隙水压力传感器与数据采集设备相连。

7.一种权利要求1-6任一项所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置的安装方法，其特征在于：包括如下步骤：

S11，管片预制时，在管片外弧面注浆孔的位置，以注浆孔为中心预埋一块与所述装置同样尺寸的钢板，并固定；

S12，管片成型后，取下预埋钢板，并平整管片外弧面安装所述装置的部分，然后打穿管片注浆孔；

S13，检查土压力传感器是否能正常读数，再把分段的金属管与土压力感应板上的空心圆管连接在一起；把连接好的金属管和土压力传感器放入注浆孔，并把土压力感应板安装在管片预埋钢板位置，外部用钢框把土压力感应板固定住，再把矩形钢框固定在管片上；

S14，用塑料盖密封圆孔和金属管，并在矩形钢框与压力感应板和管片相接处涂防水材料；

S15，把导线收集在注浆孔中，并盖住，完成所述装置的安装。

8.根据权利要求7所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置的安装方法，其特征在于：所述装置安装好后，在用于监测作用在隧道管片上的土压力和孔隙水压力时，还进一步包括在现场的安装步骤：

S21，管片在运进隧道之前，检查土压力传感器是否正常工作；

S22，管片拼装好后，检查土压力传感器是否正常工作，并把管片上的土压力传感器导线与数据采集设备相连；

S23，取下内弧面金属管塑料盖，把三通金属管与金属管接上；

S24，关闭三通金属管侧向孔隙水压通道控制阀，打开金属管管身通道控制阀，用硬质材料戳破另一端的塑料盖打通金属管通道，然后关闭管身通道控制阀，打开侧向通道控制阀，待有水流出后关闭；

S25，把正常工作的孔隙水压力传感器与三通金属管孔隙水压量测通道连接，并把孔隙水压力传感器导线与数据采集设备相连，然后打开三通金属管侧向通道控制阀监测孔隙水压力。

9.根据权利要求8所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置的安装方法，其特征在于：所述S22和S23，可多人同时作业，如果发现数据采集设备上孔隙水压读数不正常，重复S24步骤。

10.根据权利要求8所述的可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置的安装方法，其特征在于：所述装置的所有导线与数据采集设备连好即开始读数，记录土压力和孔隙水压力数据。