CN107764232B - 一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统及其施工、测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统及其施工、测量方法，其包括用于检测河床变形的检测主软管，检测主软管内等间距设置有多个孔压计作为监测点，检测主软管与数据采集箱相连通，数据采集箱内部装有数据转换器，检测主软管内的各个孔压计的输出线缆连接至数据采集箱内的数据转换器，通过该数据转换器转成一根集成数据输出线，数据采集箱通过引管连接至陆上水槽，且集成数据输出线经过引管内部也引至水槽内，并通过水槽出线口与外部数据采集器连接；当河床发生竖向变形时，检测主软管会随河床发生局部变形，变形处的检测主软管内的相应孔压计的检测值会发生变化，通过其变化量来计算此测点处的河床的竖向位移量。

Description

一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统及其施工、测量 方法

技术领域

本发明用于土木工程技术领域，特别是一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统及其施工、测量方法。

背景技术

通过近年来国内外基础建设的发展，各大城市地下铁、公路隧道等呈逐年上升趋势，盾构隧道穿越河流和海域的工程项目越来越多，而对河床竖向变形监控对项目工程的安全施工控制致关重要，对河床竖向变形的测量精度要求需达到1毫米，在穿河距离大、水深、河水流速快、通行船舶等诸多因素影响下，目前还没有很好的解决手段，急需提供经济合理、技术保障高的测量装置及其应用方法，预防盾构施工带来的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统及其施工、测量方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其包括河床竖向变形检测装置和陆上液面相对固定端测量装置两部分；

河床竖向变形检测装置包括检测主软管、数据采集箱，检测主软管内设置有多个孔压计作为监测点，检测主软管与数据采集箱相连通，数据采集箱内部装有数据转换器，检测主软管内的各个孔压计的输出线缆连接至数据采集箱内的数据转换器，通过该数据转换器转成一根集成数据输出线，数据采集箱还连接有引管；

陆上液面相对固定端测量装置包括一水槽，水槽的侧壁上还设置有出线口，在水槽内设置有温度传感器和水位计，温度传感器和水位计的输出线缆通过水槽出线口连接至外部数据采集器；在水槽外壁安装沉降测钉，观测水槽的沉降情况；

所述数据采集箱通过引管与水槽连通，且集成数据输出线经过引管内部引至水槽内，并通过水槽出线口与外部数据采集器连接。

在上述技术方案中，检测主软管采用规格为DN100mm高压钢丝软管。

在上述技术方案中，检测主软管由多节子管连接组成，各子管之间通过接箍连接，在每个接箍内均焊接有孔压计安装支架，孔压计安装在孔压计安装支架上。

在上述技术方案中，在检测主软管上安装有吊耳，用于与吊装桁架下方的吊索连接。

在上述技术方案中，水槽设置有上盖，水槽底部预留用于连接引管的法兰盘接口。

在上述技术方案中，施工时，通过吊装桁架对河床竖向变形检测装置进行吊装，在吊装桁架顶部焊接吊耳，吊装桁架下方设置吊索，吊索底端设置吊钩和脱钩器。

本发明的穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统的施工方法为：

选择吊装船，满足吊装长度及现场拼装要求，将吊装机与吊装桁架连接，吊装桁架的吊索与检测主软管的吊耳连接，并在检测主软管的吊耳处连接配重块，然后将河床竖向变形检测装置整体水平起吊，缓慢下放到河床上，然后脱钩器动作使吊装桁架与检测主软管离，吊装桁架回升水面；

用交通船将河床竖向变形检测装置的引管沉至河底，并沿岸坡引致陆面，与陆上液面相对固定端测量装置的水槽底面的法兰盘接口密封连接，并将引管内的集成数据输出线引入水槽内，集成数据输出线通过水槽的出线口连接至数据采集器；水面以上引管用沙袋整体盖住，起到固定和保护作用，也可减少管内水温影响；在水槽内的引管管口处安装过滤网，防止杂物进入引管内；数据采集器可与远程无线信号发送模块连接，通过远程无线信号发送模块将数据采集器采集的信号传送至监控终端。

本发明的穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统的测量方法为：

向水槽内注水，使水注满河床竖向变形检测装置的检测主软管、数据采集箱和引管，直至水位上升至水槽内观测线为止；水位稳定后按设计观测频率采集所有孔压计、温度传感器及水位计数据，当河床发生竖向变形(沉降)时，河床竖向变形检测装置的检测主软管会随河床发生局部变形，变形处的检测主软管内的相应孔压计的检测值会发生变化，通过其变化量来计算此测点处的河床的竖向位移量。计算公式如下：

P_i＝(f_i ²-f₀ ²)·k·α (1)

S＝(P_i-P₀)·100+Δs (2)

式中：

P_i——孔压计检测的静水压力(kPa)；

f_i——某时段监测频率(Hz)；

k——测头系数；

α——温度修正；

S——竖向变形量(mm)；

Δ_S——陆上液面沉降修正值(mm)。陆上液面沉降修正值等于水槽的沉降量(通过沉降测钉测量)加上水槽内液面变化量(通过液位计测量)。

本发明的优点和有益效果为：

1、穿河盾构隧道河床竖向变形的测量装置可实现深水高精度的河床的竖向变形测量，测量精度好，稳定性高；

2、测量装置可重复使用，经济、环保；

3、能够克服距离远、水深大、流速快、船只通行等诸多因素影响，具有优良的完好率；

4、可实现多点竖向变形同测，包括隧道顶河床的横断面的多个测点或轴向断面的多个测点；

5、测量速度快，可迅速提供竖向变形数据；

6、施工过程简单，宜操作；

总之，通过本发明，使河底盾构隧道施工过程控制更为安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明河床竖向变形检测装置的结构示意图。

图3是本发明陆上液面相对固定端测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种新型穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其包括河床竖向变形检测装置和陆上液面相对固定端测量装置两部分。具体按以下步骤进行：

步骤一：预制(吊装桁架、河床竖向变形检测装置、陆上液面相对固定端测量装置)

①吊装桁架：事先预制好吊装桁架1，吊装桁架选用型号300mm×300mm的H型钢制作，长度24m，接口处满焊焊接，并用相同厚度钢板在焊口处加固，避免吊装过程中受力不均匀导致弯折。在吊装桁架顶部每间距7m焊接1个吊耳2，共焊接4个，选择4根钢丝绳作为起重器的吊索3，左右两根与中间两根长度应一一对称，确保吊装时处于平稳、水平状态；吊装桁架下方每隔5m引出一根吊索4，吊索底端连接吊钩5，吊钩上配有脱钩器。

②河床竖向变形检测装置：包括检测主软管6、数据采集箱7、孔压计8，检测主软管采用规格为DN100mm高压钢丝软管，检测主软管由多节子管连接组成，各子管之间通过接箍连接，在每个接箍内均焊接有孔压计安装支架，将孔压计8安装在孔压计安装支架上；在检测主软管上每隔5m安装一个吊耳9，用于与吊装桁架下方的吊索连接；检测主软管的两端封闭，检测主软管6与数据采集箱7相连通，数据采集箱内部装有防水数据转换器，检测主软管内的各个孔压计8的输出线缆连接至数据采集箱内的数据转换器，通过该数据转换器转成一根集成数据输出线，数据采集箱上设置内径50mm法兰盘出口，该法兰盘出口与引管10密封连接，数据转换器的集成数据输出线从法兰盘出口引入/>引管内，/>引管的长度足够长。

④陆上液面相对固定端测量装置：包括一水槽11，水槽底部预留内径50mm的法兰盘接口12，法兰盘接口用于连接引管的另一端；水槽设置有上盖13，水槽的侧壁上还设置有出线口14；在水槽内分别安装一个温度传感器15和一个水位计16，在水槽外壁上安装数据采集器17，温度传感器和水位计线缆通过出线口14连接数据采集器；将水槽四周用混凝土封住，起到固定水槽、稳定水槽内水头的作用，在水槽外壁安装沉降测钉18，观测水槽的沉降情况。

步骤二：吊装

选择长度50m的吊装船，满足吊装长度及现场拼装要求，自带定位系统，抛锚后可稳定在设计埋设断面上，定位误差±1m，将吊装机与吊装桁架连接，吊装桁架的吊索与检测主软管的吊耳连接，并在检测主软管的吊耳处连接配重块20，然后将河床竖向变形检测装置整体水平起吊，缓慢下放到河床上，然后脱钩器动作使吊装桁架与检测主软管离，吊装桁架回升水面。

步骤三：引管和线缆连接

用交通船将河床竖向变形检测装置的引管10沉至河底，并沿岸坡引致陆面，与陆上液面相对固定端测量装置的水槽11底面的法兰盘接口12密封连接，并将引管内的集成数据输出线引入水槽内，集成数据输出线通过水槽的出线口连接至数据采集器；水面以上引管用沙袋19整体盖住，起到固定和保护作用，也可减少管内水温影响；在水槽内的引管管口处安装过滤网，防止杂物进入引管内；所述数据采集器可与远程无线信号发送模块连接，通过远程无线信号发送模块将数据采集器采集的信号传送至监控终端。

步骤四：测量

向水槽内注水，使水注满河床竖向变形检测装置的检测主软管、数据采集箱和引管，直至水位上升至水槽内观测线为止；水位稳定后按设计观测频率采集所有孔压计、温度传感器及水位计数据，当河床发生竖向变形(沉降)时，河床竖向变形检测装置的检测主软管会随河床发生局部变形，变形处的检测主软管内的相应孔压计的检测值会发生变化，通过其变化量来计算此测点处的河床的竖向位移量，计算公式如下：

P_i＝(f_i ²-f₀ ²)·k·α (1)

S＝(P_i-P₀)·100+Δs (2)

式中：

P_i——孔压计检测的静水压力(kPa)；

f_i——某时段监测频率(Hz)；

k——测头系数；

α——温度修正；

S——竖向变形量(mm)；

Δ_S——陆上液面沉降修正值(mm)。陆上液面沉降修正值等于水槽的沉降量(通过沉降测钉测量)加上水槽内液面变化量(通过液位计测量)。

结论：

通过工程实践表明，上述的监测装置利用静水压差的原理，测量河床竖向变形的技术满足高精度河床变形的要求，且数据稳定、可靠，测量方便。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其特征在于：其包括河床竖向变形检测装置和陆上液面相对固定端测量装置两部分；

河床竖向变形检测装置包括检测主软管、数据采集箱，检测主软管内设置有多个孔压计作为监测点，检测主软管与数据采集箱相连通，数据采集箱内部装有数据转换器，检测主软管内的各个孔压计的输出线缆连接至数据采集箱内的数据转换器，通过该数据转换器转成一根集成数据输出线，数据采集箱还连接有引管；

陆上液面相对固定端测量装置包括一水槽，水槽的侧壁上还设置有出线口，在水槽内设置有温度传感器和水位计，温度传感器和水位计的输出线缆通过水槽出线口连接至外部数据采集器；在水槽外壁安装沉降测钉，观测水槽的沉降情况；

所述数据采集箱通过引管与水槽连通，且集成数据输出线经过引管内部引至水槽内，并通过水槽出线口与外部数据采集器连接；

检测主软管由多节子管连接组成，各子管之间通过接箍连接，在每个接箍内均焊接有孔压计安装支架，孔压计安装在孔压计安装支架上；

所述穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统的测量方法：

向水槽内注水，使水注满河床竖向变形检测装置的检测主软管、数据采集箱和引管，直至水位上升至水槽内观测线为止；水位稳定后按设计观测频率采集所有孔压计、温度传感器及水位计数据，当河床发生竖向变形时，河床竖向变形检测装置的检测主软管会随河床发生局部变形，变形处的检测主软管内的相应孔压计的检测值会发生变化，通过其变化量来计算此测点处的河床的竖向位移量；

计算公式如下：

S＝(P_i-P₀)·100+Δs (2)

式中：

P_i——孔压计检测的静水压力，单位为千帕；

f_i——某时段监测频率，单位为赫兹；

k——测头系数；

α——温度修正；

S——竖向变形量，单位为毫米；

Δ_S——陆上液面沉降修正值，单位为毫米，陆上液面沉降修正值等于水槽的沉降量加上水槽内液面变化量。

2.根据权利要求1所述的一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其特征在于：检测主软管采用规格为DN100mm高压钢丝软管。

3.根据权利要求1所述的一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其特征在于：在检测主软管上安装有吊耳，用于与吊装桁架下方的吊索连接。

4.根据权利要求1所述的一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其特征在于：水槽设置有上盖，水槽底部预留用于连接引管的法兰盘接口。

5.根据权利要求1所述的一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统，其特征在于：施工时，通过吊装桁架对河床竖向变形检测装置进行吊装，在吊装桁架顶部焊接吊耳，吊装桁架下方设置吊索，吊索底端设置吊钩和脱钩器。

6.如权利要求1所述的一种穿河盾构隧道河床竖向变形的测量系统的施工方法，其特征在于：

选择吊装船，满足吊装长度及现场拼装要求，将吊装机与吊装桁架连接，吊装桁架的吊索与检测主软管的吊耳连接，并在检测主软管的吊耳处连接配重块，然后将河床竖向变形检测装置整体水平起吊，缓慢下放到河床上，然后脱钩器动作使吊装桁架与检测主软管离，吊装桁架回升水面；

用交通船将河床竖向变形检测装置的引管沉至河底，并沿岸坡引致陆面，与陆上液面相对固定端测量装置的水槽底面的法兰盘接口密封连接，并将引管内的集成数据输出线引入水槽内，集成数据输出线通过水槽的出线口连接至数据采集器；水面以上引管用沙袋整体盖住，起到固定和保护作用，也可减少管内水温影响；在水槽内的引管管口处安装过滤网，防止杂物进入引管内；数据采集器可与远程无线信号发送模块连接，通过远程无线信号发送模块将数据采集器采集的信号传送至监控终端。