CN108930540A - 隧道初支-二衬接触压力测量装置及其埋设方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道初支‑二衬接触压力测量装置，包括压力盒本体、预埋底座单元和紧固限位单元。预埋底座单元包括压力盒底座、固定件及用于固定支撑压力盒底座的限位支撑件，固定件的一端用于与初期支护的支架固定连接，固定件的另一端用于与压力盒底座固定连接。通过预埋底座单元与初期支护的支架连接，避免后期在初期支护上打孔安装的情况。紧固限位单元通过可可调节螺栓将压力盒本体安装在压力盒底座上，实现压力盒安装，避免焊接高温导致压力盒标定系数改变而造成测量不准的情况，因此，本申请提供的隧道初支‑二衬接触压力测量装置能够在提高监测精度的同时，降低安全隐患。本发明还公开了一种隧道初支‑二衬接触压力测量装置的埋设方法。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程施工监测技术领域，特别涉及一种隧道初支-二衬接触压力测量装置。本发明还涉及一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法。
背景技术
在新奥法构筑隧道中，为充分发挥围岩自承能力，通常采用型钢支架+锚喷作为初期支护，模筑混凝土作为二衬的复合衬砌结构型式，以保证隧道施工和运维期的安全；同时，通过施工过程中监控量测不断反馈和改进施工工法及支护结构，以保证施工与设计的最优。
隧道等地下工程中遭遇复杂地质条件时(Ⅳ～V级围岩)，一般采用复合衬砌结构，即型钢支架+喷锚作为初支，模筑钢筋砼作为二衬。为确定荷载是如何在初支和二衬之间转移的，以更好地对二衬进行安全性评价。根据《铁路隧道监控量测技术规程(TB 10121一2007)》要求，需选用典型断面对隧道初支-二衬间接触压力进行实时监测，即通过隧道初支-二衬接触压力测量装置进行压力监测，通常做法为将压力盒直接焊接在二衬钢筋上，默认压力盒可紧贴初期支护，压力盒测量数值能够近似反应初支、二衬间的接触压力。另一种做法为，用锤子将测点处初期支护表面锤击平整，再用水泥砂浆抹平，待水泥砂浆达到一定强度后，用钻机在测点布置位置进行钻孔并锚入钢筋，最后用铁丝将压力盒绑扎在钻孔锚入的钢筋上。
然而，焊接固定形式使得压力盒受到焊接高温后其标定系数发生改变，进而导致监测结果出现错误，且该方式破坏二衬完整性，容易造成二衬开裂，引起隧道渗漏，而在隧道周边各位置进行钻孔，施工难度大，安全隐患大，安装成本高。
因此，如何在提高监测精度的同时，降低安全隐患，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道初支-二衬接触压力测量装置，在提高监测精度的同时，降低安全隐患。本发明的另一目的是提供一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法。
为实现上述目的，本发明提供一种隧道初支-二衬接触压力测量装置，包括：
压力盒本体；
预埋底座单元，所述预埋底座单元包括压力盒底座、固定件及用于固定支撑压力盒底座的限位支撑件，所述固定件的一端用于与初期支护的支架固定连接，所述固定件的另一端用于与所述压力盒底座固定连接；
紧固限位单元，所述紧固限位单元包括用于将所述压力盒本体安装在所述压力盒底座上的限位件及用于将所述限位件安装在所述压力盒底座上的安装件，所述安装件与所述压力盒底座可拆卸连接。
优选地，所述限位件为柔性限位件，所述限位件为几字形，所述限位件形成压力盒本体容纳槽，所述限位件两端均设有一个所述安装件。
优选地，所述安装件为蝶形螺杆，所述安装件与所述压力盒底座螺纹连接。
优选地，所述限位件为钢板，所述限位件的厚度为1.0mm-2.0mm，所述限位件的宽度为45mm-55mm。
优选地，所述固定件为U型螺杆结构，所述固定件的底部套设在初期支护的支架上，所述固定件的开口端通过螺纹紧固件与所述压力盒底座固定连接。
优选地，所述固定件至少为两个，多个所述固定件依次等间距排布。
优选地，所述限位支撑件为至少为两个，所述限位支撑件平行布置，且相邻两个所述限位支撑件的间距相等。
优选地，还包括用于套设在压力盒本体的连接测线上的保护套筒。
一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法，包括步骤：
将压力盒底座通过固定件固定在初期支护的支架上，限位支撑件的相对两端分别与所述初期支护和压力盒底座固定连接，将安装件拧入压力盒底座，所述安装件为蝶形螺杆；
通过覆盖件对已固定的压力盒底座及安装件进行包裹，进行喷浆作业，喷浆至压力盒底座齐平时完成，初期支护施工完毕；
浇筑隧道承台；
隧道的二次衬砌推进到监测断面时，将安装件由压力盒底座上旋出，清除压力盒底座表面浮渣，通过安装件、限位件将压力盒本体紧固限位在压力盒底座上；
引出压力盒本体的测线。
优选地，还包括步骤：在浇铸隧道承台时，将监测断面所有测线集中成一束，通过扎丝与二次衬砌的环向钢筋绑扎，预埋保护套筒，测线位于保护套筒内，待模板台车推进到监测断面并完成二次衬砌的钢筋砼浇筑后，将测线从保护套筒中取出，进行数据监测。
在上述技术方案中，本发明提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置包括压力盒本体、预埋底座单元和紧固限位单元。预埋底座单元包括压力盒底座、固定件及用于固定支撑压力盒底座的限位支撑件，固定件的一端用于与初期支护的支架固定连接，固定件的另一端用于与压力盒底座固定连接。紧固限位单元包括用于限位所述压力盒本体的限位件及用于将限位件安装在压力盒底座上的安装件，安装件与压力盒底座可拆卸连接。安装时，通过固定件和限位支撑件将压力盒底座固定在初期支护的支架上，通过限位件将压力盒本体安装在压力盒底座上，通过安装件将限位件安装在压力盒底座上。
通过上述描述可知，在本申请提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置中，通过预埋底座单元与初期支护的支架连接，避免后期在初期支护上打孔的情况。紧固限位单元通过可拆卸连接方式将压力盒本体安装在压力盒底座上，实现压力盒安装，避免焊接高温导致压力盒标定系数改变而造成测量不准的情况，因此，本申请提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置能够在提高监测精度的同时，降低安全隐患。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置的结构示意图；
图2为图1所示隧道初支-二衬接触压力测量装置沿A-A方向的结构示意图；
图3为图1所示隧道初支-二衬接触压力测量装置沿B-B方向的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置的整体排布图。
其中图1-4中：1-预埋底座单元、11-固定件、12-限位支撑件、13-压力盒底座、14-螺纹紧固件、2-紧固限位单元、21-限位件、22-安装件、3-支架、4-保护套筒、5-测线、6-初期支护、7-二次衬砌、8-预留变形空间、9-压力盒本体、91-压力盒本体、92-压力盒本体、93-压力盒本体、94-压力盒本体、95-压力盒本体、96-压力盒本体、97-压力盒本体、10-隧道承台。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种隧道初支-二衬接触压力测量装置，在提高监测精度的同时，降低安全隐患。本发明的另一核心是提供一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图4，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置包括压力盒本体9、预埋底座单元1和紧固限位单元2。
预埋底座单元1包括压力盒底座13、固定件11及用于固定支撑压力盒底座13的限位支撑件12，固定件11的一端用于与初期支护5的支架3固定连接，固定件11的另一端用于与压力盒底座13固定连接。具体的，固定件11可以为直杆结构，固定件11的端部与初期支护5的支架3焊接。压力盒底座13由厚度不小于6mm钢板制作，钢板尺寸根据初支型钢支架3型号及压力盒本体9尺寸而定
紧固限位单元2包括用于限位压力盒本体9的限位件21及用于将限位件21安装在压力盒底座13上的安装件22，安装件22与压力盒底座13可拆卸连接，具体的，安装件22可以为卡扣。限位件21可以为塑料件，为了延长限位件21的使用寿命，同时提高测量精度，优选，限位件21为柔性限位件，具体的，限位件21为钢板，为了延长使用寿命，限位件21优选为镀锌钢板，限位件21的厚度为1.0mm-2.0mm，具体的，厚度可以为1.5mm，限位件21的宽度为45mm-55mm，具体的，宽度可以为50mm。
结合图一，在双向四车道，破碎加强段采用复合衬砌结构，初期支护5厚28cm，二衬模筑钢筋砼60cm，其中，初期支护5内型钢的支架3采用I22a工字钢，初支-二衬间预留变形空间8的预留变形量15cm，设计要求对隧道监测断面布设7个测点对初支-二衬接触压力进行监测，如左边墙的压力盒本体91、左拱腰的压力盒本体92、左拱肩的压力盒本体93、拱顶的压力盒本体94、右拱肩的压力盒本体95、右拱腰的压力盒本体96及右边墙的压力盒本体97，根据衬砌结构尺寸制作隧道初支-二衬接触压力测量装置。安装时，通过固定件11和限位支撑件12将压力盒底座13固定在初期支护5的支架3上，通过安装件22及限位件21将压力盒本体9安装在压力盒底座13上。
通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置中，通过预埋底座单元1与初期支护5的支架3连接，避免后期在初期支护5上打孔的情况，同时避免压力盒被浇筑在二衬混凝土中，压力盒被二衬混凝土紧紧包裹，会造成测量数据的严重失真甚至错误。通过紧固限位单元2通过可拆卸连接方式将压力盒本体9安装在压力盒底座13上，实现压力盒安装，避免焊接高温导致压力盒标定系数改变而造成测量不准的情况，因此，本申请提供的隧道初支-二衬接触压力测量装置能够在提高监测精度的同时，降低安全隐患。
另一方面，该隧道初支-二衬接触压力测量装置在隧道现场钢筋棚即可加工完毕，且多可以利用现场废料钢材；施工现场安装简易，成本相对低廉。
优选的，限位件21为柔性限位件，限位件21为几字形，限位件21形成压力盒本体容纳槽，限位件21两端均设有一个安装件22，限位件21设计成几字形，能良好防止隧道两侧压力盒本体9滑落。具体的，安装件21相对于固定件11的位置，根据压力盒本体9的安装位置而定，本申请不做具体限定。
优选的，安装件22为蝶形螺杆，安装件22与压力盒底座13螺纹连接。由于安装件22为蝶形螺杆，进一步便于调节压力盒本体9的安装位置，提高安装精度，进而提高压力监测精度。并且蝶形螺杆穿过几字形的限位件21拧入压力盒底座13的螺丝孔对压力盒本体9进行紧固限位，通过蝶形螺杆固定压力盒本体9，通过徒手拧入即可。
进一步，固定件11为U型螺杆结构，固定件11的底部套设在初期支护5的支架3上，固定件11的开口端通过螺纹紧固件14与压力盒底座13固定连接。由直径不小于6mm圆钢制作，端部车丝，螺杆长度根据初支型钢支架3尺寸及设计喷射砼厚度而定，U型螺杆外露长度不高于压力盒顶部，具体由φ8圆钢制作，总共长度750mm，两端车丝40mm，压力盒底座13由厚度10mm钢板制作，尺寸为250mm×180mm。
为了提高连接强度，优选，固定件11至少为两个，多个固定件11依次等间距排布。
进一步，限位支撑件12至少为两个，限位支撑件12平行布置，且相邻两个限位支撑件12的间距相等。具体的，限位支撑件12可以为两个，限位支撑件12为板式结构，厚度6mm～10mm钢板组成，优选，钢板厚度8mm，尺寸90mm×50mm，与压力盒底座13焊接，保证喷射砼外表与压力盒底座13齐平，同时能将接触压力传至支架3。
具体的，当固定件11为两个，限位件21为一个时，压力盒底座13根据压力盒安装位置布设6个通孔，其中4个边角开孔与固定件11配套使用，开孔直径大于固定件11直径1.5mm～2mm，另外两个孔为蝶形紧固螺杆螺丝孔，孔内套丝，用以紧固限位压力盒本体9；端部开孔，孔径大于蝶形螺杆直径4mm，以保证压力盒本体9受压后，限位件21竖向位移不受约束，且横向位移受到约束，不妨碍压力盒本体9受初期支护5挤压，保证了监测数据的准确性。
由于已有监测方法均未注意对引出监测电缆的保护，在二衬模板台车推进时极易造成监测电缆的剪断，在隧道掌子面爆破时飞石也经常将线缆连根崩断，优选，该隧道初支-二衬接触压力测量装置还包括用于套设在压力盒本体9的连接测线5上的保护套筒4。具体的，保护套筒4为内径不小于30mm钢管制作，具体的，由内径50mm钢管制作，长度500mm，预埋在隧道承台10中，对测线5进行良好保护。
本申请提供的一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法，包括步骤：
将压力盒底座13通过固定件11固定在初期支护5的支架3上，限位支撑件12的相对两端分别与初期支护5和压力盒底座13固定连接，将安装件22拧入压力盒底座13，其中安装件22为蝶形螺杆。
通过覆盖件对已固定的压力盒底座13及安装件22进行包裹，进行喷浆作业，喷浆至压力盒底座13齐平时完成，初期支护5施工完毕。其中，覆盖件可以为棉布结构，以防止其被后续喷浆作业破坏。
浇筑隧道承台10。
隧道的二次衬砌7推进到监测断面时，将安装件22由压力盒底座13上旋出，清除压力盒底座13表面浮渣，通过安装件22、限位件21将压力盒本体9紧固限位在压力盒底座13上。
引出压力盒本体9的测线5。
其中，压力盒底座13、限位支撑件12和固定件11为上述叙述结构。隧道掌子面爆破出渣后，进行初期支护5，架设型钢的支架3、挂钢筋网、打锚杆，将预埋底座单元1的固定件11为U型螺杆，U型螺杆固定在型钢支架3下沿，通过限位支撑件12可留出型钢支架3设计的喷浆保护层厚度，此时预先手动将蝶形螺杆旋进压力盒底座13，以免底座螺孔喷浆时被堵，压力盒底座13固定完成后，做好标记，进行喷浆作业，喷浆至压力盒底座13齐平时完成，此时初期支护5施工完毕。
进一步，该隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法还包括步骤：在浇铸隧道承台10时，将监测断面所有测线5集中成一束，通过扎丝与二次衬砌7的环向钢筋绑扎，预埋保护套筒4，测线5位于保护套筒4内，具体的，通过二次衬砌7的环向钢筋引至隧道墙脚处预埋的保护套筒4中。待模板台车推进到监测断面并完成二次衬砌7钢筋砼浇筑后将测线5从保护套筒4取出，进行数据监测。
至此，隧道初支-二砌接触压力的测量装置的埋设完成，待模板台车推进到监测断面并完成二次衬砌7钢筋砼浇筑后将测线5从保护套筒4拿出即可进行实时监测初支-二砌接触压力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，包括：
压力盒本体(9)；
预埋底座单元(1)，所述预埋底座单元(1)包括压力盒底座(13)、固定件(11)及用于固定支撑压力盒底座(13)的限位支撑件(12)，所述固定件(11)的一端用于与初期支护(5)的支架(3)固定连接，所述固定件(11)的另一端用于与所述压力盒底座(13)固定连接；
紧固限位单元(2)，所述紧固限位单元(2)包括用于将所述压力盒本体(9)安装在所述压力盒底座(13)上的限位件(21)及用于将所述限位件(21)安装在所述压力盒底座(13)上的安装件(22)，所述安装件(22)与所述压力盒底座(13)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述限位件(21)为柔性限位件，所述限位件(21)为几字形，所述限位件(21)形成压力盒本体容纳槽，所述限位件(21)两端均设有一个所述安装件(22)。
3.根据权利要求2所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述安装件(22)为蝶形螺杆，所述安装件(22)与所述压力盒底座(13)螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述限位件(21)为钢板，所述限位件(21)的厚度为1.0mm-2.0mm，所述限位件(21)的宽度为45mm-55mm。
5.根据权利要求2所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述固定件(11)为U型螺杆结构，所述固定件(11)的底部套设在初期支护(5)的支架(3)上，所述固定件(11)的开口端通过螺纹紧固件(14)与所述压力盒底座(13)固定连接。
6.根据权利要求5所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述固定件(11)至少为两个，多个所述固定件(11)依次等间距排布。
7.根据权利要求1所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，所述限位支撑件(12)至少为两个，所述限位支撑件(12)平行布置，且相邻两个所述限位支撑件(12)的间距相等。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置，其特征在于，还包括用于套设在压力盒本体(9)的测线(5)上的保护套筒(4)。
9.一种隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法，其特征在于，包括步骤：
将压力盒底座(13)通过固定件(11)固定在初期支护(5)的支架(3)上，限位支撑件(12)的相对两端分别与所述初期支护(5)和压力盒底座(13)固定连接，将安装件(22)拧入压力盒底座，所述安装件(22)为蝶形螺杆；
通过覆盖件对已固定的压力盒底座(13)及安装件(22)进行包裹，进行喷浆作业，喷浆至压力盒底座(13)齐平时完成，初期支护(5)施工完毕；
浇筑隧道承台(10)；
隧道的二次衬砌(7)推进到监测断面时，将安装件(22)由压力盒底座(13)上旋出，清除压力盒底座(13)表面浮渣，通过安装件(22)、限位件(21)将压力盒本体(9)紧固限位在压力盒底座(13)上；
引出压力盒本体(9)的测线(5)。
10.根据权利要求9所述的隧道初支-二衬接触压力测量装置的埋设方法，其特征在于，还包括步骤：在浇铸隧道承台(10)时，将监测断面所有测线(5)集中成一束，通过扎丝与二次衬砌(7)的环向钢筋绑扎，预埋保护套筒(4)，测线(5)位于保护套筒(4)内，待模板台车推进到监测断面并完成二次衬砌(7)的钢筋砼浇筑后，将测线(5)从保护套筒(4)中取出，进行数据监测。
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