CN109797782A - 一种沉管隧道接头张开量监测装置及方法 - Google Patents

一种沉管隧道接头张开量监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种沉管隧道接头张开量监测装置及方法，是在隧道接头左、右两侧的混凝土管节内分别设置一定深度的预留孔洞，在其中一侧的孔洞内安装一根不锈钢杆，在另外一侧的孔洞内安装三根不锈钢杆，利用三个无线位移传感器将两侧的钢杆进行对接，钢杆与位移传感器之间通过钢丝进行连接，通过三个位移传感器的位移监测数据，既能推断管节的整体移动状态，又能推算管节接头的张开量。

Description

一种沉管隧道接头张开量监测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种隧道检测装置，具体涉及一种用于监测沉管隧道接头移动状态和张开量的监测装置。
背景技术
沉管隧道接头张开量能直接反映沉管隧道接头处连接构件的运营状态，具体包括管节接头GINA止水带的压缩状态和剪力键相对位移，能实时评估GINA止水带的止水性能和剪力键的受力状态。现有的沉管隧道接头张开量是在沉管隧道管节沉放完成后，在接头处安装位移计支架，通过安装在支座上的三个位移传感器组成三向位移计，可分别测出接头两侧x、y、z三个方向的相对位移。
现有监测方法由于采用刚性连接，对管节水平和垂直移动下的位移监测精度高，但对管节张开和扭转下的位移监测比较困难，还存在现场安装不方便、侵占建筑界限、测试传感器外露容易被破坏和测线连接不方便等难题，就成为亟待解决的技术问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种便于安装、不占用隧道内空间、且能监测沉管隧道接头移动状态和张开量的监测装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种沉管隧道接头张开量监测装置，包括杆件和连接于杆件之间的位移传感器，在相邻沉管的接头处具有开口相对的第一预留孔洞和第二预留孔洞，第一预留孔洞内固定安装第一杆件，第二预留孔洞内固定安装第二杆件。
具体地，所述第一杆件是底端与第一预留孔洞底壁固定连接且自由端伸出第一预留孔洞的一根杆件，所述第二杆件是底端与第二预留孔洞固定连接且自由端伸出第二预留孔洞的的三根杆件，三根杆件的底端呈正三角形分布，所述第一杆件在正三角形上的投影位于其形心上，所述第一杆件的自由端与第二杆件的自由端相互交错。
具体地，所述杆件是不锈钢杆件，第二杆件与第一杆件之间连接钢丝，所述位移传感器串联于钢丝上。
具体地，所述位移传感器是无线位移传感器。
具体地，所述杆件的底端固定连接在可调平钢支座上，所述可调平钢支座与杆件相垂直，所述杆件与沉管的轴线相平行。
本发明同时提供基于上述沉管隧道接头张开量监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤1，布置沉管隧道接头张开量监测装置，该装置由四根不锈钢杆、钢底座、钢丝和三个无线位移传感器组成，其中，不锈钢杆分别安装固定在接头两侧的预留孔洞内，一侧布置一根不锈钢杆，另一侧布置三根不锈钢杆，利用钢丝将两侧的不锈钢杆与无线位移传感器进行连接；
步骤2，三根不锈钢杆呈等边三角形布置，另一侧的不锈钢杆正对三角形的形心；采取上部一根下部两根的相对位置布置，下部两根所在平面与水平面平行；三根杆的距离为位移计与相连钢丝的总长；
步骤3，预留孔洞的孔底安装钢底座，钢底座与钢杆之间通过螺纹连接，钢支座具有调平功能；预留孔洞的深度应不小于GINA止水带的最大压缩量；
步骤4，在管节侧面至少四点布置监测装置，综合判别接头的相对位置关系。监测装置位置的选取是在回避接头部的剪力键以及预应力钢束的同时，反映整个接头部的相对位置变化。
发明原理：在隧道接头左、右两侧的混凝土管节内分别设置一定深度的预留孔洞，在其中一侧的孔洞内安装一根不锈钢杆，在另外一侧的孔洞内安装三根不锈钢杆，利用三个无线位移传感器将两侧的钢杆进行对接，不锈钢杆与位移传感器之间通过钢丝进行连接，通过三个位移传感器的位移监测数据，既能推断管节的整体移动状态，又能推算管节接头的张开量。
有益效果：
该装置能全方位监测管段接头的位移，包括管段接头的错动、张开和扭转等；
该装置布设在管段结构内的预留孔洞内，不侵占隧道建筑限界，且不容易被破坏；
采用无线位移传感器，无需布设测线。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1是位移传感器固定装置的结构示意图；
图2是预留孔纵断面图；
图3是传感器连接平面图；
图4是三向位移计计算模型图；
图5是管节侧面监测装置的布置示意图；
图中：1沉管管节；2管节接头；3GINA止水带；4可调平钢支座；5预留孔洞；6不锈钢杆；7钢丝；8无线位移传感器。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施进行详细的描述。
本实施例的沉管隧道接头张开量监测装置如图1、图3和图3所示，是在隧道沉管管节1的管节接头2的GINA止水带内侧的混凝土管节内分别设置一定深度的预留孔洞，在预留孔洞内安装可调平钢支座4，在其中一侧的可调平钢支座4上安装一根不锈钢杆6，在另外一侧的孔洞内安装三根不锈钢杆6，利用钢丝7将三个无线位移传感器8与两侧的钢杆进行连接。
三向位移计的计算方法如图4所示，将位移计部分单独拿出来，所形成的部分为一个三棱锥，AB,AC,AD表示三根位移计及其相连钢丝。因为三根钢杆的距离是不变的，所以BC,BD,CD长不变，所围始终是一个等边三角形。且BCD这个平面始终与接头有三根钢杆的侧面相平行。随着接头两侧面相对位置不断变化，AB,AC,AD的长度发生变化，A点的位置，BCD的倾向倾角不断发生变化，但形状不发生变化。
将A、B、C、D四点放入空间直角坐标系中，BCD在x0y平面上，设B（0,-1,0）C（,0, 0）D（0,1,0）A（x,y,z）,设AC长为a，AD长为b，AB长为c，根据A点到B、C、D三点的距离建立方程 解得：
同时z的值还代表了点A到达BCD面的距离。
这样搭配倾角传感器，即可了解A、B、C、D四点的相对位置。推测接头两侧面的运动状态。
几种情况的数据处理：
接头两侧水平向位移
三根位移传感器表现为均等比增大或减小，增量相同为△X1
位移传感器与相连钢丝总长为X，三根不锈钢杆间距为X，接头两侧水平向位移为△X，位移计变化量为△X1
接头两侧竖直向相对错动
三根位移传感器表现为1号位移传感器增大，其余两根减小，或1号位移传感器减小其余两根增大，1号位移传感器增量为△X2
位移传感器与相连钢丝总长为X，三根不锈钢杆间距为X，接头两侧竖直向相对位移为△X，顶部位移计变化量为△X2
使用时，包括以下步骤：
布置沉管隧道接头张开量监测装置，该装置由4根不锈钢杆、钢底座、钢丝和3个无线位移传感器组成，其中，不锈钢杆分别安装固定在接头两侧的预留孔洞内，一侧布置1根不锈钢杆，另一侧布置三根不锈钢杆，利用钢丝将两侧的不锈钢杆与无线位移传感器进行连接；
三根不锈钢杆呈等边三角形布置，另一侧的不锈钢杆正对三角形的形心；采取上部一根下部两根的相对位置布置，下部两根所在平面与水平面平行。三根杆的距离为位移计与相连钢丝的总长。为方便计算说明，与上部杆相连的位移传感器取名为1号位移计。
预留孔洞的孔底安装钢底座，钢底座与钢杆之间通过螺纹连接，钢支座具有调平功能；
预留孔洞的深度应不小于GINA止水带的最大压缩量；
⑤在管节侧面至少四点布置监测装置，综合判别接头的相对位置关系。监测装置位置的选取要在回避接头部的剪力键以及预应力钢束的同时，良好反映整个接头部的相对位置变化，因此选取监测装置布设位置如图5所示。

Claims (7)

1.一种沉管隧道接头张开量监测装置，其特征在于：包括杆件和连接于杆件之间的位移传感器，在相邻沉管的接头处具有开口相对的第一预留孔洞和第二预留孔洞，第一预留孔洞内固定安装第一杆件，第二预留孔洞内固定安装第二杆件。
2.根据权利要求1所述的沉管隧道接头张开量监测装置，其特征在于：所述第一杆件是底端与第一预留孔洞底壁固定连接且自由端伸出第一预留孔洞的一根杆件，所述第二杆件是底端与第二预留孔洞固定连接且自由端伸出第二预留孔洞的的三根杆件，三根杆件的底端呈正三角形分布，所述第一杆件在正三角形上的投影位于其形心上，所述第一杆件的自由端与第二杆件的自由端相互交错。
3.根据权利要求2所述的沉管隧道接头张开量监测装置，其特征在于：所述杆件是不锈钢杆件，第二杆件与第一杆件之间连接钢丝，所述位移传感器串联于钢丝上。
4.根据权利要求3所述的沉管隧道接头张开量监测装置，其特征在于：所述位移传感器是无线位移传感器。
5.根据权利要求3所述的沉管隧道接头张开量监测装置，其特征在于：所述杆件的底端固定连接在可调平钢支座上，所述可调平钢支座与杆件相垂直，所述杆件与沉管的轴线相平行。
6.一种沉管隧道接头张开量监测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，布置沉管隧道接头张开量监测装置，该装置由四根不锈钢杆、钢底座、钢丝和三个无线位移传感器组成，其中，不锈钢杆分别安装固定在接头两侧的预留孔洞内，一侧布置一根不锈钢杆，另一侧布置三根不锈钢杆，利用钢丝将两侧的不锈钢杆与无线位移传感器进行连接；
步骤2，三根不锈钢杆呈等边三角形布置，另一侧的不锈钢杆正对三角形的形心；采取上部一根下部两根的相对位置布置，下部两根所在平面与水平面平行；三根杆的距离为位移计与相连钢丝的总长；
步骤3，预留孔洞的孔底安装钢底座，钢底座与钢杆之间通过螺纹连接，钢支座具有调平功能；预留孔洞的深度应不小于GINA止水带的最大压缩量；
步骤4，在管节侧面至少四点布置监测装置，综合判别接头的相对位置关系；监测装置位置的选取是在回避接头部的剪力键以及预应力钢束的同时，反映整个接头部的相对位置变化。
7.根据权利要求6所述的沉管隧道接头张开量监测方法，其特征在于：
所述监测装置简化为点ABCD组成的三棱锥模型，AB、AC、AD表示三根位移计及其相连钢丝；其BC、BD、CD形成等边三角形，且BCD这个平面始终与接头有三根钢杆的侧面相平行；随着接头两侧面相对位置不断变化，AB,AC,AD的长度发生变化，A点的位置，BCD的倾向倾角不断发生变化，但形状不发生变化；
将A、B、C、D四点放入空间直角坐标系中，BCD在x0y平面上，设B（0,-1,0）C（,0,0）D （0,1,0）A（x,y,z）,设AC长为a，AD长为b，AB长为c，根据A点到B、C、D三点的距离建立方程解 得：
同时z的值还代表了点A到达BCD面的距离；
通过传感器读数计算A、B、C、D四点的相对位置，得到接头两侧沉管的运动状态；
几种情况的数据处理：
接头两侧水平向位移
三根位移传感器表现为均等比增大或减小，增量相同为△X1
位移传感器与相连钢丝总长为X，三根不锈钢杆间距为X，接头两侧水平向位移为△X，位移计变化量为△X1：
接头两侧竖直向相对错动
三根位移传感器表现为1号位移传感器增大，其余两根减小，或1号位移传感器减小其余两根增大，1号位移传感器增量为△X2
位移传感器与相连钢丝总长为X，三根不锈钢杆间距为X，接头两侧竖直向相对位移为△X，顶部位移计变化量为△X2：
。
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