CN105987778A - 一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法，涉及一种盾构管片接缝内力监测方法，属于隧道工程现场监测与施工技术的交叉领域。本发明通过将光纤光栅压力传感器嵌入管片内部，使传感器与管片连接成一个整体共同受力。测量管片接缝压力时，在嵌入管片的光纤光栅压力传感器外表面粘贴与盾构管片橡胶密封条相同材料的橡胶片以保证荷载传递的正确性。通过对盾构管片接缝处橡胶密封条接触压力的实时监测，可以确定隧道施工与运营期间盾构管片接缝的受力状况，分析盾构管片接缝的力学行为与防水密闭性能，进而评价盾构衬砌接缝的工作状况。本发明最大的优点是实用性好、有效性强，可在现场对管片间接缝处的受力状况进行实时测量，克服了此前盾构管片接缝内力在施工与运营阶段难以监测的难题。

Description

一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法

技术领域

本发明属于隧道工程现场监测与施工技术的交叉领域，涉及盾构管片接缝受力的现场监测与管片接缝密闭性及力学行为的评估。

背景技术

近二十年来，我国城市轨道交通得到了空前的发展，目前仍处在大规模的建设时期，其中盾构法是修建地铁隧道主要采用的施工方法。在盾构隧道中,管片接缝由于具有独特而复杂的结构导致其受力的分析异常复杂，管片接缝的力学行为和防水密闭性是隧道管片衬砌结构长期稳定的关键。随着盾构隧道的大量修建，盾构管片接缝密封性能对隧道施工与运营的影响日益突出，如在我国多个东南沿海城市，软土地基土层沉降使隧道衬砌结构变形，导致管片接缝受损和地下水渗漏已严重影响地铁的运营。因此，对盾构隧道施工和运营期管片接缝受力的了解有助于评估隧道衬砌结构的长期工作性能。

盾构管片接缝的防水密闭性由密封条所受压力及密封条的质量控制。由于管片成环后接缝压力难以测量，接缝的密封性能好坏不易探知，因而难以对其进行定量和有效地评估。现有的盾构管片健康监测主要内容为盾构管片的受力和变形以及盾构管片外部所受的水土压力，目前还没有一种能在现场直接测量管片接缝压力的方法和装置。

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问题，提供一种可对盾构隧道管片接缝处的密封条进行实时监测的方法。

为是实现本发明的目的，本发明提供的一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法，包括以下步骤：

将压力传感器嵌入到盾构隧道管片中；

当嵌入了压力传感器的多个盾构隧道管片被连接成盾构隧道后，利用所述压力传感器实时监测盾构隧道管片接缝处的压力；

利用实时监测得到的盾构隧道管片接缝处的压力，分析所述管片接缝处的密闭性能及管片力学性能，从而实时判断隧道渗漏的可能性以及管片破裂的可能性；

其中，所述盾构隧道管片固设有橡胶密封条，所述压力传感器被所述橡胶密封条覆盖。

其中，所述盾构隧道管片设有安装所述橡胶密封条的外槽。

其中，所述压力传感器为光纤光栅压力传感器，通过浇筑混凝土的方式，将所述压力传感器的受力面贴于管片模具的外槽底部，使所述光纤光栅压力传感器与所述盾构隧道管片浇筑为一体。

优选地，所述压力传感器是通过在盾构隧道管片的外槽底部开设内槽，将所述光纤光栅压力传感器安装到所述盾构隧道管片中。

特别是，在所述光纤光栅压力传感器的受力面粘贴用于保护传感器的橡胶片。

特别是，所述管片橡胶密封条附着在所述橡胶片上。

特别是，所述橡胶片的材质与所述橡胶密封条的材质相同。

特别是，所述橡胶片的面积大小与所述光纤光栅压力传感器的受力面相同。

优选地，所述橡胶片的面积略大于所述光纤光栅压力传感器的受力面。

优选地，所述橡胶片选自三元乙丙橡胶。

特别是，本发明的一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法，还包括：

在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之前，利用监测装置测量并保存所述已嵌入管片的压力感应器的初始波长；

在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之后，利用监测装置实时测量所述压力传感器的当前波长；

根据所述初始波长和当前波长，计算管片接缝处所受压力。

其中，所述盾构隧道管片中还设有用于传输光信号的连接导线。

特别是，所述连接导线是通过浇筑混凝土的方式，使其穿过所述盾构隧道管片，将所述光信号传送至监测装置。

其中，所述连接导线通过在盾构隧道管片表面开设的预留槽，将所述光纤光栅传感器信号传送至信号采集和分析设备。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过将光纤光栅压力传感器嵌入管片内部，将传感器与管片连接成一个整体，尤其是嵌入在橡胶密封条的底部，使橡胶密封条位于传感器的受力面上，实现对管片接缝处所受压力的原位监测。

2、由于在嵌入管片的光纤光栅压力传感器外表面与密封条之间粘贴了与盾构管片橡胶密封条相同材料的橡胶片，从而保证荷载传递的正确性，同时保护传感器不受腐蚀和破坏。

3、通过对盾构管片接缝处橡胶密封条接触压力的实时监测，可以确定隧道施工与运营期间盾构管片接缝的受力状况，分析盾构管片接缝的力学行为与防水密闭性能，进而评价盾构衬砌接缝的工作状况。

4、本发明的实用性好、有效性强，可在现场对管片间接缝的受力状况进行实时测量，实现盾构管片性能预警，克服了此前盾构管片接缝内力在施工与运营阶段难以监测的难题，以致无法及时有效地应对漏水或管片破碎的突发状况。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整、更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图，其中：

图1是本发明方法的操作步骤流程图；

图2是本发明的盾构隧道管片的结构示意图正视图；

图3是本发明的盾构隧道管片环向方向接缝处的结构示意图正视图；

图4是本发明的盾构隧道管片环向接缝处的结构示意图侧视图；

图5是本发明的盾构隧道管片纵向接缝处的结构示意图正视图；

图6是本发明的盾构隧道管片纵向接缝处的结构示意图侧视图。

图2中，a、外槽；b、内槽。

图3-6中，1、压力传感器；2、橡胶片；3、橡胶密封条；4、连接导线；5、连接导线预留槽；6、盾构隧道管片。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1

如图1所示的本发明的一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法的操作步骤，包括：

步骤S101，将压力传感器嵌入到盾构隧道管片内部，并位于安装橡胶密封条的外槽底部位置，使压力传感器与管片成为一个整体，共同受力。

进一步的，所述压力传感器为光纤光栅传感器，通过浇筑混凝土制作盾构隧道管片，使所述光纤光栅压力传感器与所述盾构隧道管片浇筑为一体。

其中，所述光纤光栅压力传感器的量程最大值略大于管片接缝处的预测压力值。

进一步的，所述通过浇筑混凝土制作盾构隧道管片，使所述光纤光栅压力传感器与所述盾构隧道管片浇筑为一体包括：将浇筑混凝土前，将压力传感器受力面的一侧与管片模具内安装橡胶密封条的外槽处的内表面密贴，并固定在模具外槽处的侧面，然后浇筑混凝土制作盾构隧道管片，获得其内部嵌有压力传感器的盾构管片，且所述压力传感器的受力面与所述盾构管片的侧面位于同一水平面。

特别是，所述侧面是指用于附着橡胶密封条的外槽位置处，使压力传感器便于监测密封条接缝处所受的压力。

进一步的，所述压力传感器还可以是通过在盾构隧道管片开设内槽，将所述光纤光栅压力传感器安装到所述内槽中，使所述光纤光栅压力传感器嵌入到盾构隧道管片内部，并位于橡胶密封条的底部位置处。

进一步的，所述将压力传感器嵌入到盾构隧道管片内部还包括：在所述光纤光栅压力传感器的受力面粘贴用于保护传感器的橡胶片；在所述光纤光栅压力传感器的受力面上附着管片橡胶密封条。

其中，所述橡胶片的材质与所述橡胶密封条相同，且与压力传感器受力面的面积大小相同，用于保护压力传感器免受腐蚀和破坏，且保证荷载传递的正确性，提高信息的准确度。

优选地，所述橡胶片的面积略大于压力传感器受力面的面积。

其中，所述光纤光栅传感器可以是一个，也可以是多个，以便获得橡胶密封条处多个位置的压力的分布和变化，从而更为精准地分析判断盾构管片接缝处的密闭性能和管片接缝出的力学性能，从而实时判断隧道渗漏的可能性和隧道安全性能，以便实现盾构管片和隧道安全预警，及时有效地采取处理措施。

步骤S102，当嵌入了压力传感器的多个盾构隧道管片被连接成盾构隧道后，利用所述压力传感器实时监测盾构隧道管片接缝处的管片橡胶密封条所受压力。

步骤S103，利用实时监测得到的盾构隧道管片接缝处的压力，分析所述管片接缝处的密闭性能及管片接头处的力学性能，从而实时判断隧道渗漏的可能性以及管片破裂的可能性。

其中，所述盾构隧道管片固设有橡胶密封条，所述压力传感器被所述橡胶密封条覆盖。

进一步的，本发明方法还包括：在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之前，利用监测装置测量并保存所述已嵌入管片的压力感应器的初始波长；在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之后，利用监测装置实时测量所述压力传感器的当前波长；根据所述初始波长和当前波长，计算管片橡胶密封条所受压力。

实施例2

如图2-6所示的通过本发明方法获得的所述的盾构隧道管片接缝处的结构示意图，包括：嵌入在盾构隧道管片6内部的压力传感器1，安装在内槽b处，所述压力传感器的受力面与所述盾构管片的侧面位于同一水平面；布设在压力传感器受力面上的橡胶片2，用于保护压力传感器不受腐蚀和破坏；附着在所述橡胶片2上，安装在管片侧面的橡胶密封条3，所述橡胶密封条3安装在内槽a中；用于传输光信号的连接导线4，其一端与所述压力传感器连接，其另一端与所述监测装置连接；用于布设所述连接导线的连接导线预留槽5。

其中，所述压力传感器为光纤光栅压力传感器，当橡胶密封条受到压力而变形后，所述光纤光栅压力传感器的波长发生变化，根据波长的变化判断密封条的密闭性。

其中，所述橡胶片的材质与所述密封条的材质相同，从而保证了荷载的正确性。

其中，所述光纤光栅传感器的量程最大值略大于管片接缝处的预测压力值。

本发明的特点在于：本发明通过将光纤光栅压力传感器嵌入管片内部，并由橡胶密封条覆盖，使橡胶密封条位于传感器的受力面上，将传感器与管片连接成一个整体，实现了对橡胶密封条所受压力的实时检测。为了保证荷载传递的正确性、保护传感器不受腐蚀破坏，在嵌入管片的光纤光栅压力传感器外表面与橡胶密封条之间粘贴了与盾构管片橡胶密封条相同材料的橡胶片。本发明通过对盾构管片接缝处密封条接触压力的实时监测，可以确定隧道施工与运营期间盾构管片接缝的受力状况，分析盾构管片接缝的力学行为与防水密闭性能，进而评价盾构衬砌接缝的工作状况，以便实现盾构管片和隧道安全预警，及时有效地采取处理措施。本发明最大的优点是实用性好、有效性强，可在现场实时的对管片间接缝的受力状况进行检测，克服了此前盾构管片接缝内力在施工与运营阶段难以监测的难题。

尽管上述对本发明做了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种盾构隧道管片接缝受力的原位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

将压力传感器嵌入到盾构隧道管片中；

当嵌入了压力传感器的多个盾构隧道管片被连接成盾构隧道后，利用所述压力传感器实时监测盾构隧道管片接缝处的压力；

利用实时监测得到的盾构隧道管片接缝处的压力，分析所述管片接缝处的密闭性能及管片接头处的力学性能，从而实时判断隧道渗漏的可能性以及管片破裂的可能性；

其中，所述盾构隧道管片固设有橡胶密封条，所述压力传感器被所述橡胶密封条覆盖。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力传感器为光纤光栅压力传感器，通过浇筑混凝土的方式，使所述光纤光栅压力传感器与所述盾构隧道管片浇筑为一体。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述盾构隧道管片设有安装所述橡胶密封条的外槽。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述压力传感器为光纤光栅压力传感器，通过在盾构隧道管片的所述外槽底部开设的内槽，将所述光纤光栅压力传感器安装到所述盾构隧道管片中。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述光纤光栅压力传感器的受力面粘贴用于保护传感器的橡胶片。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述管片橡胶密封条附着在所述橡胶片上，且所述橡胶片材质与所述管片橡胶密封条材质相同。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之前，利用监测装置测量并保存所述已嵌入管片的压力感应器的初始波长；

在嵌入了压力传感器的盾构隧道管片被连接成盾构隧道之后，利用监测装置实时测量所述压力传感器的当前波长；

根据所述初始波长和当前波长，计算管片接缝处所受压力。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述盾构隧道管片中还设有用于传输光信号的连接导线，其一端与所述压力传感器连接，其另一端与所述监测装置连接。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述连接导线通过浇筑混凝土的方式，使其穿过所述盾构隧道管片，将所述光信号传送至监测装置。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述连接导线通过在盾构隧道管片表面开设的预留槽，将所述光纤光栅传感器信号传送至信号采集和分析设备。