CN111076848A - 一种压力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压力测量装置及方法。装置包括：柔性腔体，配置为可充入液体，一端具有开口；密闭壳体，其至少部分外侧与柔性腔体在开口处密封连接，与开口密封处的密闭壳体侧壁上分别开设有连通柔性腔体内部和密闭壳体内部的注液通孔和压力传感器固定通孔，另一侧壁上开设有压力传感器数据线通孔；注液管，在密闭壳体内贯穿设置，其一端与注液通孔连通；压力传感器，设置于密闭壳体内，并配置为压力传感器固定通孔与腔体内部连通，以检测柔性腔体内充入的液体压力。利用本申请提供的装置测量盾构隧道外侧土压力时，可以通过向柔性腔体内注入液体产生膨胀，从而使柔性腔体的顶部突破注浆液并与真实土体相接触，提高土压力的测量精度。

Description

一种压力测量装置及方法

技术领域

本申请涉及工程测试技术领域，特别涉及一种压力测量装置及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的速度不断加快，对城市地下交通线路的数量及规模提出了更高的要求，隧道工程作为城市地下轨道交通的主要建设方式，科学、可靠的监测仪器及方式是保证城市隧道工程安全性和经济效益的重要基础。盾构隧道凭借着施工速度快、自动化程度高、对周围环境影响小等优点，在城市隧道建设中得到了广泛应用。盾构隧道衬砌通过注浆液与外侧土体接触，外侧土体的压力变动对隧道衬砌安全和隧道接头防水有直接的影响，因此对隧道外侧土压力长期、准确、便捷的监测对隧道安全度与耐久性有着至关重要的作用。

现有的盾构隧道外侧土压力监测方法主要采用传统土压力盒压力测量法，将土压力盒预先埋设在管片衬砌外侧，但经过壁后注浆之后，会导致土压力盒被注浆液包裹，无法直接接触到外侧土体，从而使土压力盒的测量灵敏度下降，难以获得准确的压力测量结果。因此，如何准确地测量盾构隧道外侧压力，成为一项亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种压力测量装置及方法，以提高盾构隧道外侧压力测量结果的准确度。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种压力测量装置，所述装置包括：

柔性腔体，配置为可充入液体，一端具有开口；

密闭壳体，其至少部分外侧与所述柔性腔体在所述开口处密封连接，与所述开口密封处的密闭壳体侧壁上分别开设有连通柔性腔体内部和密闭壳体内部的注液通孔和压力传感器固定通孔，所述密闭壳体的另一侧壁开设有连通所述密闭壳体内部与外部的压力传感器数据线通孔；

注液管，在所述密闭壳体内贯穿设置，其一端与所述注液通孔连通；

压力传感器，设置于所述密闭壳体内，并配置为所述压力传感器固定通孔与所述柔性腔体内部连通，以检测所述柔性腔体内充入的液体压力，所述压力传感器的数据线通过所述压力传感器数据线通孔从所述密闭壳体内引出。

利用上述压力测量装置，本申请实施例还提供一种压力测量方法，所述方法包括：

将所述装置埋设于待测土体；

通过所述注液管向所述柔性腔体内注入液体，当所述压力传感器测量得到的液体压力达到指定压力时，停止注液，并密封所述注液管的管口；

根据所述压力传感器测量得到的液压，确定所述待测土体的土压力。

由以上本申请实施例提供的技术方案可知，在利用本申请提供的压力测量装置测量盾构隧道外侧土压力时，可以通过向柔性腔体内注入液体，使柔性腔体产生膨胀，从而使柔性腔体的顶部突破注浆液并与真实土体相接触，提高了土压力测量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施方式中一种压力测量装置的右剖面图；

图2是图1所示的压力测量装置中的柔性腔体的正剖面图；

图3是图1所示的压力测量装置中的密闭壳体的正剖面图；

图4是本申请实施方式中一种压力测量方法的步骤流程图；

图5是将图1所示的压力测量装置布置于盾构隧道外侧的示意图。

附图标记说明：

1-柔性腔体；2-加热件；3-密闭壳体；4-排气管；5-压力传感器；6-注液管；7-外接排气管；8-压力传感器数据线；9-外接注液管；10-排气管螺纹；11-注液管螺纹；12-加热件数据线；13-排气通孔；14-压力传感器固定通孔；15-加热件数据线通孔；16-注液通孔；17-硅橡胶密封圈；18-隧道衬砌结构；19-粘合剂；20-隧道注浆孔。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本申请的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围，在阅读了本申请之后，本领域技术人员对本申请的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合附图1至图3，本申请实施方式中提供的压力测量装置可以包括：

柔性腔体1，配置为可充入液体，一端具有开口；

密闭壳体3，其至少部分外侧与所述柔性腔体1在所述开口处密封连接，与所述开口密封处的密闭壳体3侧壁上分别开设有连通柔性腔体1内部和密闭壳体3内部的注液通孔16和压力传感器固定通孔14，所述密闭壳体3的另一侧壁开设有连通所述密闭壳体3内部与外部的压力传感器数据线通孔；

注液管6，在所述密闭壳体3内贯穿设置，其一端与所述注液通孔16连通；

压力传感器5，设置于所述密闭壳体3内，并配置为所述压力传感器固定通孔14与所述柔性腔体1内部连通，以检测所述柔性腔体1内充入的液体压力，所述压力传感器5的数据线8通过所述压力传感器数据线通孔从所述密闭壳体3内引出。

在本实施方式中，所述柔性腔体1整体形状可以为管状，也可以为圆环状，还可以为其他形状，本申请在此不做具体的限定。所述柔性腔体1的材料可以采用均聚氯醇橡胶，以使柔性腔体具有耐油、耐油剂、耐水、耐酸碱、耐臭氧、耐燃、耐大气老化性、透气性小、耐热(150℃)及粘着性好等优点。

在本实施方式中，所述密闭壳体3整体形状可以为方形，也可以为圆形，还可以为其他形状，本申请在此不做具体的限定。所述密闭壳体3的材料可以采用不锈钢，还可以为其他材料，本申请在此不做具体的限定。

在一些实施方式中，在密闭壳体3与所述柔性腔体1的连接处可以设置有硅橡胶密封圈。

在一些实施方式中，与所述开口密封处的密闭壳体3侧壁上还可以开设有连通所述腔体内部和所述密闭壳体内部的排气通孔13；所述装置还可以包括排气管4，在所述密闭壳体3内贯穿设置，其一端可以与所述排气通孔13连通。具体的，为了便于将柔性腔体1中的气体排出，还可以使排气管固定螺纹通孔13开设于密闭壳体3靠近柔性腔体1的边缘位置处。

在一些实施方式中，所述排气通孔13、压力传感器固定通孔14、注液通孔16为螺纹通孔，排气管4、注液管6以及压力传感器5分别可以通过所述螺纹通孔固定于所述密封壳体内。

在一些实施方式中，与所述开口密封处的密闭壳体3侧壁以及所述密闭壳体3的另一侧壁上可以开设有加热件数据线通孔15；所述装置还可以包括加热件2，设置于所述柔性腔体1内，所述加热件2可以用于加热所述柔性腔体内的液体，所述加热件数据线12可以通过所述加热件数据线通孔15从所述柔性腔体1内引出。具体的，加热件2可以沿着柔性腔体1的内壁设置，也可以将多个加热件2分布在柔性腔体1内，本申请在此不做具体的限定。加热件数据线外侧可以包裹有遇水膨胀的橡胶，从而保证加热件数据线通孔15的密封性。

在一些实施方式中，排气管4与注液管6的一端可以通过开设于密闭壳体3的通孔从密闭壳体3内引出，且在排气管4与注液管6的引出端设有螺纹，即图1中的排气管螺纹10及进液管螺纹11，分别用于与外接排气管7与外接注液管9相连接。此外，为了保证排气管螺纹10及进水管螺纹11的密封性，还可以在螺纹前后两端分别设置高温硫化粘合硅橡胶密封圈。

请参阅图4，利用本申请实施例提供的压力测量装置，本申请实施方式中还相应提供一种压力测量方法，该方法可以包括如下步骤：

S1：将所述装置埋设于待测土体。

S2：通过所述注液管向所述柔性腔体内注入液体，当所述压力传感器测量得到的液体压力达到指定压力时，停止注液，并密封所述注液管的管口。

S3：根据所述压力传感器测量得到的液压，确定所述待测土体的土压力。

可以看出，本申请提供的压力测量方法利用水压力与土压力的压力等效原理，通过压力传感器测量得到的柔性腔体内的液体压力，从而间接地确定与柔性腔体相接触的土体的土压力。

在一些实施方式中，在通过所述注液管向所述柔性腔体注入液体后，所述方法还可以包括：通过所述排气管将所述柔性腔体内的气体排出；当所述排气管中有液体流出时，密封所述排气管的管口。

在一些实施方式中，所述压力测量装置的柔性腔体内还设有加热件，在柔性腔体内的液体温度低于指定温度时，出发加热件自动加热至指定温度，从而使所述柔性腔体内的液体保持指定温度。进一步的，压力传感器预先设置测量频率和间隔时间，在柔性腔体内的液体到达指定温度时，测量液压并存储数据。

参考图5所示，为将压力测量装置布置于盾构隧道外侧的示意图，以测量盾构隧道外侧土压力。

在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，步骤S1中的所述将所述装置埋设于待测土体，包括：

将所述装置粘贴在隧道衬砌结构外侧的预设位置，并将所述压力传感器的数据传输线以及所述注液管通过隧道注浆孔引出。

进一步的，在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，步骤S2中的所述通过所述注液管向所述柔性腔体注入液体，为在注浆液注入隧道外侧并且所述注浆液未硬化的情况下注入，以使所述柔性腔体的顶部突破所述注浆液，接触所述待测土体。

在一些实施方式中，在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，在步骤S2中密封所述注液管的管口后，还包括：将留有所述压力传感器数据线的所述隧道注浆孔进行密封，并使用环氧树脂进行细部填充密封。

可以看出，相较于传统的土压力盒测量方法，本申请提供的测量方法具备以下技术效果：

一方面，在利用本申请提供的压力测量装置对盾构隧道外侧土压力进行测量时，可以通过向柔性腔体内注入液体产生膨胀，从而使柔性腔体的顶部突破注浆液并与真实土体相接触，从而避免了装置被注浆液包裹所导致的测量灵敏度下降的问题，提高土压力测量的准确度。

另一方面，传统的土压力盒在隧道管片外侧呈点状布置，与隧道管片接触面积较小，不易粘贴或安装到外侧管片上，施工时拼装容易引起土压力盒布置偏移，某些情况下的偏移量可达10cm，使得无法精确测量指定位置处的土压力变化。而本申请将压力测量装置的点状受力状态改进为面状受力状态，扩大了测量装置与隧道衬砌的接触面积，从而方便安装与操作，使得装置安装更为牢固；

又一方面，传统的土压力盒引线需要通过管片内部穿孔引出，引线孔降低了管片的结构完整性，造成管片损伤，导致管片衬砌结构强度下降，削弱了管片承载力，并且土压力盒引线通过管片穿孔而出，在降低管片完整度的同时，也破坏了管片的密封性，引线的橡胶保护层与管片之间接触不紧密，容易引起渗漏水现象，降低了管片衬砌的耐久性与适用性。而本申请的外接进水管、外接排气管、加热件数据传输线、压力传感器数据传输线等部件通过管片衬砌注浆孔引出，无需在管片上另做引出孔，不存在穿孔现象，因此不削弱管片的完整性与密封性，不降低管片衬砌的强度与耐久性。

再一方面，现有的利用薄膜测量土压力的方法，由于薄膜材质厚，探测土压力不灵敏，测量精度低，而且薄膜价格高，1平方米薄膜达到28万元，成本较高。而本申请提供的压力测量装置，构造简单，造价较低，降低了土压力测量的成本。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本申请的几个实施方式，虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本申请的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本申请。任何本申请所属技术领域的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种压力测量装置，其特征在于，包括：

柔性腔体，配置为可充入液体，一端具有开口；

密闭壳体，其至少部分外侧与所述柔性腔体在所述开口处密封连接，与所述开口密封处的密闭壳体侧壁上分别开设有连通柔性腔体内部和密闭壳体内部的注液通孔和压力传感器固定通孔，所述密闭壳体的另一侧壁开设有连通所述密闭壳体内部与外部的压力传感器数据线通孔；

注液管，在所述密闭壳体内贯穿设置，其一端与所述注液通孔连通；

压力传感器，设置于所述密闭壳体内，并配置为所述压力传感器固定通孔与所述柔性腔体内部连通，以检测所述柔性腔体内充入的液体压力，所述压力传感器的数据线通过所述压力传感器数据线通孔从所述密闭壳体内引出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

与所述开口密封处的密闭壳体侧壁以及所述密闭壳体的另一侧壁上开设有加热件数据线通孔；

加热件，设置于所述柔性腔体内，所述加热件用于加热所述柔性腔体内的液体，所述加热件数据线通过所述加热件数据线通孔从所述柔性腔体内引出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性腔体的材料为均聚氯醇橡胶。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

与所述开口密封处的密闭壳体侧壁上还开设有连通所述腔体内部和所述密闭壳体内部的排气通孔；

排气管，在所述密闭壳体内贯穿设置，其一端与所述排气通孔连通。

5.据权利要求4述的装置，其特征在于，所述排气管与所述注液管分别通过所述排气通孔与所述注液通孔固定于所述密封壳体内。

6.一种利用权利要求1-5中任意一种所述装置实现的压力测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将所述装置埋设于待测土体；

通过所述注液管向所述柔性腔体内注入液体，当所述压力传感器测量得到的液体压力达到指定压力时，停止注液，并密封所述注液管的管口；

根据所述压力传感器测量得到的液压，确定所述待测土体的土压力。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在通过所述注液管向所述柔性腔体注入液体后，所述方法还包括：

通过所述排气管将所述柔性腔体内的气体排出；

当所述排气管中有液体流出时，密封所述排气管的管口。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，所述将所述装置埋设于待测土体，包括：

将所述装置粘贴在隧道衬砌结构外侧的预设位置，并将所述压力传感器的数据线、所述注液管通过隧道注浆孔引出。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，所述通过所述注液管向所述柔性腔体注入液体，为在注浆液注入隧道外侧并且所述注浆液未硬化的情况下注入，以使所述柔性腔体的顶部突破所述注浆液，接触所述待测土体。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在利用所述装置测量盾构隧道外侧土压力时，在密封所述注液管的管口后，还包括：

将留有所述压力传感器数据传输线的所述隧道注浆孔进行密封，并使用环氧树脂进行细部填充密封。

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