CN105953837A - 一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统 - Google Patents

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赵东平
谭信荣
喻渝
高柏松
甘目飞
李老三
王国军
胡炜
郑小艳
李奎
徐骏
胖涛
杨建民
谭永杰
林本涛
余大龙
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Abstract

一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，以有效解决监测系统的可维护性问题，且实时提供隧道衬砌背后水压力值及隧道内仰拱填充面绝对位移值，为铁路行车安全提供保障。沿隧道延伸方向间隔设置监测断面，在各监测断面上设置水压监测装置、位移监测装置和无线数据采用仪、中继器，水压监测装置设置于隧道衬砌以外两侧排水盲沟的上方，位移监测装置设置于隧道衬砌仰拱段以上仰拱填充层和中心水沟部位，水压监测装置检测的隧道衬砌背后的水压值、位移监测装置检测的隧道衬砌仰拱段升降位移值传送至相应的无线数据采用仪，再经中继器传送至监控中心。

Description

一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统
技术领域
本发明涉及排水型隧道衬砌水压及位移监测系统，特别适用于高压富水岩溶地区隧道衬砌水压及位移监测系统方案。
背景技术
常规山岭隧道一般设计有排水系统，在隧道运营期间隧道衬砌结构不承受水压力，但是对于一些环境有要求的地段为了保护地面原有生态环境，隧道不能采用排水方案，这时隧道结构即要承受静水压力作用。除此之外，在特殊地质条件下，尽管隧道设计有排水系统，但是在很短的时间内隧道衬砌背后可能会出现很大的水压。例如：地表大范围长期降雨过后，岩溶隧道及地下水水平循环带地层内的隧道衬砌背后水压会迅速上升。近年来，西南山区新开通运营的贵广铁路及渝利铁路线上有多座岩溶隧道在雨季期间衬砌背后水压骤然升高，导致衬砌变形，仰拱上鼓，轨道变形，严重威胁通过隧道的客车运营安全。目前，既有的监测技术均是在隧道衬砌背后安装水压计(或渗压计)，在隧道衬砌内部安装相对位移监测点，然后对隧道衬砌水压及结构变形进行定期监测。既有的这种监测方案在隧道运营期间存在两个重大缺陷：其一是水压监测计安装于衬砌背后，无法更换，加之现有技术条件下的水压计使用寿命普遍不高，无法保证水压计的长期可靠性，尤其是水压计一旦失效更是无法更换，因此从系统的可靠性和可维护性来说，不能满足运营期间长期监测的实际需要；其二是隧道位移监测系统监测的均是相对位移，无法监测隧道仰拱的绝对位移，因此不能对是否对高速列车限速给出直接预警。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，以有效解决监测系统的可维护性问题，且实时提供隧道衬砌背后水压力值及隧道内仰拱填充面绝对位移值，为铁路行车安全提供保障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，其特征是：沿隧道延伸方向间隔设置监测断面，在各监测断面上设置水压监测装置、位移监测装置和无线数据采用仪、中继器，水压监测装置设置于隧道衬砌以外两侧排水盲沟的上方，位移监测装置设置于隧道衬砌仰拱段以上仰拱填充层和中心水沟部位，水压监测装置检测的隧道衬砌背后的水压值、位移监测装置检测的隧道衬砌仰拱段升降位移值传送至相应的无线数据采用仪，再经中继器传送至监控中心。
本发明的有益效果是，将通常安装于衬砌背后的水压计移至隧道内侧，水压通过隧道底部排水孔传递至水压计，因此水压计具有可更换性和可检测性，因此保证了其可靠性和使用寿命。另一方面，水压通过原设计预留排水孔传递至水压计，避免了对隧道衬砌结构及防水保护层的损坏，安装成本大大降低，同时可避免仪器安装过程中对施工的干扰问题；在隧道内中心水沟设计与仰拱填充及衬砌分离的预留孔(钻孔深入基岩)并安装水准点，可以保证水准点无位移，从而可测量出仰拱填充面的绝对位移；位于仰拱衬砌及仰拱填的钻孔位于中心水沟内，正常情况下，排水型隧道衬砌背后有限水头高度的水涌入隧道中心水沟，不影响结构正常使用；静力水准仪可在极短的时间内测量出监测点位移变化，满足运营监测要求。本系统与既有系统相比，解决了水压计检修、维护或更换的技术难点，保证了水压计长期可靠性；利用隧道既有排水孔，不对既有结构造成渗漏风险；在隧道中心水沟处预留水准点安装孔，水准点与孔壁分离，可量测隧道仰拱填充面绝对位移，为高速运行列车提供预警信息，并指导铁路养护人员及时检修，既可降低巡查工作量，又可极大地减少安全隐患，保证高压富水地区岩溶隧道及水平循环带内山岭隧道长期运营安全。
附图说明
本说明书包括如下幅两附图：
图1是本发明一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统的结构示意图；
图2是本发明一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统中水准点的细部构造图；
图中示出构件和对应的标记：隧道衬砌10，隧道衬砌背后纵向排水盲管11，中心水沟12，隧道横向预留排水管13，排水盲沟14；水准基桩20，柔性材料21，补给水箱22，静力水准测量仪23；三通水管30，开关阀31，水压测量计32，无线数据采用仪及中继器40。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，沿隧道延伸方向间隔设置监测断面，在各监测断面上设置水压监测装置、位移监测装置和无线数据采用仪40、中继器，水压监测装置设置于隧道衬砌10以外两侧排沟14的上方，位移监测装置设置于隧道衬砌10仰拱段以上仰拱填充层和中心水沟12部位，水压监测装置检测的隧道衬砌10背后的水压值、位移监测装置检测的隧道衬砌10仰拱段升降位移值传送至相应的无线数据采用仪40，再经中继器传送至监控中心。
在隧道需要监测水压及仰拱变形的地段(例如地下水发育的岩溶隧道)，相隔一定间距布置监测断面，可实时量测衬砌背后水压分布及由于水压导致的隧道仰拱变形，实时监测隧道衬砌背后水压及仰拱变形等数据，为铁路行车安全提供保障。
参照图2，所述水压监测装置包括水准基桩20、静力水准测量仪23和补给水箱22。在隧道施工期间在中心水沟12处钻孔，要求钻孔孔径大于水准基桩20直径，孔底标高应位于隧道仰拱底部一定深度范围的基岩层内(稳定岩层)。水准基桩20竖向向下穿过中心水沟12、隧道衬砌10仰拱段进入隧底基岩稳定岩层，该水准基桩20与中心水沟12盖板、隧道衬砌10仰拱段之间的周向间隙内填充柔性材料21，隧道衬砌10仰拱段发生上拱变形时衬砌或盖板对水准基桩20不产生摩擦力，保证水准基桩20的绝对零位移。静力水准测量仪23和补给水箱22设置于中心水沟12侧的仰拱填充层内，补给水箱22为静力水准测量仪23补充液体。当隧道衬砌10仰拱段发生变形时，利用连通器原理，静力水准测量仪23与水准基桩20之间的位移即为隧道衬砌仰拱绝对位移(或称为轨道变形)，可实时监测。
参照图1，所述水压监测装置包括三通水管30和控制其通断的开关阀31，以及安装在三通水管30上部的水压测量计32，三通水管30下部两端分别连接隧道衬砌背后纵向排水盲管11、隧道横向预留排水管13。当短时间地下水压很大时，隧道内排水系统不足以排出全部衬砌背后地下水，地下水将通过三通水管30上升到水压测量计32位置，因此可测得实时水压。当水压测量计32发生损坏或出现故障时，关闭开关阀31，即可随时更换或维修水压计。
以上所述只是用图解说明本发明一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统的一些原理，并非是要将本发明限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (3)

1.一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，其特征是：沿隧道延伸方向间隔设置监测断面，在各监测断面上设置水压监测装置、位移监测装置和无线数据采用仪(40)、中继器，水压监测装置设置于隧道衬砌(10)以外两侧排水盲沟(14)的上方，位移监测装置设置于隧道衬砌(10)仰拱段以上仰拱填充层和中心水沟(12)部位，水压监测装置检测的隧道衬砌(10)背后的水压值、位移监测装置检测的隧道衬砌(10)仰拱段升降位移值传送至相应的无线数据采用仪(40)，再经中继器传送至监控中心。
2.如权利要求1所述的一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，其特征是：所述水压监测装置包括水准基桩(20)、静力水准测量仪(23)和补给水箱(22)，水准基桩(20)竖向向下穿过中心水沟(12)、隧道衬砌(10)仰拱段进入隧底基岩稳定岩层，该水准基桩(20)与中心水沟(12)盖板、隧道衬砌(10)仰拱段之间的周向间隙内填充可变形的柔性材料(21)，静力水准测量仪(23)和补给水箱(22)设置于中心水沟(12)侧的仰拱填充层内。
3.如权利要求1所述的一种可维护的隧道衬砌水压及位移监测系统，其特征是：所述水压监测装置包括三通水管(30)的控制其通断的开关阀(31)，以及安装在三通水管(30)上部的水压测量计(32)，三通水管(30)下部两端分别连接隧道衬砌背后纵向排水盲管(11)、隧道横向预留排水管(13)。
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