CN111076859A - 一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统，包括多个孔隙水压力传感器和数据采集仪；孔隙水压力传感器用于测量土体内部的渗透水压力；其设于盾构隧道不同位置的土体中；数据采集仪用于采集孔隙水压力传感器的信号；孔隙水压力传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接。本发明还公开了一种盾构隧道土体地震液化实时监测方法。本发明可以实时在线采集盾构隧道的不同位置土体内部的渗透水压力；以及采集盾构隧道管片外表面与管片外土体间的相对位移；可将收集的数据做进一步的研究，用于指导实际工程的设计与施工；而且通过采集的数据对抗震处理措施做验证及评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道领域，特别涉及一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统及监测方法。
背景技术
目前，当前城市地铁隧道普遍采用盾构法施工，但随着盾构施工过程中遇到的地层越来越复杂，对盾构施工技术提出了更高的要求。尤其是在特殊地层条件下，如隧道底部为在震动作用下易液化的粉细砂地层，泥水盾构掘进过程中出现盾体整体"下沉"情况，造成成型隧道管片出现破损、错台、渗水、漏砂及姿态超限等质量、安全问题。随着地下空间开发的不断扩大，地下结构的抗震设计及其安全性评价的重要性、迫切性越来越明显。地下结构地震响应有明显的地域特征，与场地地质条件关联紧密。地震液化极有可能导致严重的地下结构破坏，已成为工程领域中重要的研究课题。目前国内在可液化地层地铁抗震设计及施工的经验尚少，且现行的规范在针对液化地层的处理仅为原则性要求，现实中如何实施很难把握，目前抗地震液化处理方法可采用注浆加固方法，但这种方法应根据液化地层与隧道关系，液化地层的厚度,液化等级等综合确定。在结构承载力验算中应考虑液化引起的土压力增加的影响，抗浮稳定性验算中应考虑摩阻力减小及浮力增加的影响。
近年来世界各地高烈度地震灾害频繁，地下结构的抗震减震问题逐渐引起了高度重视，成为工程界一个重要的研究方向。同其他方法建造的隧道相比，盾构隧道建设历史尚浅，且大多并未建造在地震高发区，因此其震害资料也就相对较少。随着地下工程项目的持续开发，施工环境的日益复杂，针对盾构隧道的抗震设计问题将会越来越多地涌现在我们面前，需要收集各种地质条件的地震作用下的液化及其他数据，为后续的工程提供参考和评估。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种综合检测地下结构抗震特性的盾构隧道土体地震液化实时监测系统及监测方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统，包括多个孔隙水压力传感器和数据采集仪；所述孔隙水压力传感器用于测量土体内部的渗透水压力，其设于盾构隧道不同位置的土体中；所述数据采集仪用于采集所述孔隙水压力传感器的信号；所述孔隙水压力传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
进一步地，环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器。
进一步地，还包括第一位移传感器；所述第一位移传感器用于检测盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移；所述第一位移传感器的固定部设置在管片外土体内；所述第一位移传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
进一步地，所述第一位移传感器为回弹式LVDT位移传感器。
进一步地，还包括第二位移传感器；所述第二位移传感器用于检测盾构隧道管片间的相对位移；所述第二位移传感器的固定部设于两个相接的盾构隧道管片的相对端面上；所述第二位移传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
进一步地，所述第二位移传感器为回弹式LVDT位移传感器。
本发明还提供了一种盾构隧道土体地震液化实时监测方法，该方法为，将多个孔隙水压力传感器埋设于盾构隧道不同位置的土体中；在盾构隧道管片外表面及管片外土体间，预埋用于检测盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移的第一位移传感器；将孔隙水压力传感器及第一位移传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接；由数据采集仪在线实时采集盾构隧道不同位置的土体内部的渗透水压力及盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移。
进一步地，在两个相接的盾构隧道管片的相对端面上，预埋用于检测盾构隧道管片间的相对位移的第二位移传感器；将第二位移传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接；由数据采集仪在线实时采集盾构隧道管片间的相对位移。
进一步地，环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器。
进一步地，沿盾构隧道轴向均布多个检测方向垂直于水平面的第一位移传感器，均布间距5至10米。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明将多个孔隙水压力传感器埋设于盾构隧道不同位置的土体中；在盾构隧道管片外表面及管片外土体间，预埋用于检测盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移的第一位移传感器等；将孔隙水压力传感器及第一位移传感器等测量传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接；由数据采集仪在线实时采集盾构隧道不同位置的土体内部的渗透水压力及盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移。可提供盾构隧道在建设及使用过程中的土体内部的渗透水压力及盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移在线实时及历史数据，以便在发生隧道地震引起土体液化时能在第一时间检测出来，并通过数据采集仪即时将数据传送给隧道安全监测人员，可以在最短的时间内采取相应措施来减少人员伤亡。大量的历史数据还可为后续的工程提供参考和评估。
附图说明
图1是本发明的一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统结构示意图。
图中：1、孔隙水压力传感器；2、第二位移传感器；3、信号线；4、数据采集仪；5、土体；6、管片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统，包括多个孔隙水压力传感器1和数据采集仪4；所述孔隙水压力传感器1用于测量土体5内部的渗透水压力；所述孔隙水压力传感器1设于盾构隧道不同位置的土体5中；所述数据采集仪4用于采集所述孔隙水压力传感器1的信号；所述孔隙水压力传感器1通过有线或无线方式与所述数据采集仪4连接。利用孔隙水压力传感器1对隧道结构处土体5孔隙水压力的检测，以便在发生隧道地震引起土体5液化时能在第一时间检测出来，并通过数据采集仪4即时将数据传送给隧道安全监测人员。可以在最短的时间内采取相应措施来减少人员伤亡。无线方式减少了大量布线。
进一步地，为检测盾构隧道不同位置的土体5渗透水压力，使测量数据更精确，可环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器1。
进一步地，还可包括第一位移传感器；所述第一位移传感器可用于检测盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移；
位移传感器一般包括固定部和可移动的移动部，位移传感器的读数随固定部和移动部相对位移的距离而线性变化。位移传感器的固定部可安装在相互产生位移的两物体中的其中一个物体上；而移动部或固定在另一物体上；或与另外一个物体相抵；当两物体相对移动产生位移时；移动部与固定部间的相对位移量由位移传感器检测出来；移动部与固定部间的位移量也就是两物体之间相互产生的位移量。可移动的移动部也可以是位移传感器检测目标物体位移量时，置于目标物体上用于与固定部配合产生位移信号的配合装置。
所述第一位移传感器的固定部可设置在管片外土体5内；比如可安装在嵌入土体内的刚性支撑环上。如果第一位移传感器是分体的位移传感器，分体的位移传感器包括固定部和与固定部相对移动的移动部，可将与第一位移传感器的移动部设置在管片6外表面；第一位移传感器检知的固定部和移动部之间的相对位移即为盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移。如果第一位移传感器是回弹式一体位移传感器，则使其伸缩位移探测头部与管片6外表面相接触。位移探测头部伸缩的位移变化量即为盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移。
所述第一位移传感器的检测信号发送方式可为有线或无线方式；所述第一位移传感器可通过有线或无线方式与所述数据采集仪4连接。无线方式减少了大量布线。
第一位移传感器的检测方向可垂直于水平面，也可以沿盾构隧道管片6的径向方向，设置第一位移传感器为了检测盾构隧道管片6相对管片外土体5的上浮或沉降，以及隧道管片6相对管片外土体5横向位移等。
可沿隧道轴向均布多个检测方向垂直于水平面的第一位移传感器，均布间距1至10米。优选均布间距5至10米。便于获取沿隧道管片6轴向的多个位置处，隧道管片6相对管片外土体5的上浮或沉降。
所述第一位移传感器可为电容位移传感器或电感位移传感器。这两种位移传感器结构简单，可测量微小位移。
所述第一位移传感器可为回弹式LVDT位移传感器。这种位移传感器安装简单。
进一步地，还可包括第二位移传感器2；所述第二位移传感器2可用于检测盾构隧道管片6间的相对位移；所述第二位移传感器2的固定部可设于两个相接的盾构隧道管片6的相对端面上；如果第二位移传感器2是分体的位移传感器，分体的位移传感器包括固定部和与固定部相对移动的移动部，分体的第二位移传感器2的固定部和移动部可分别对应设于两个相接的盾构隧道管片6的相对端面上；第二位移传感器2检知的固定部和移动部之间的相对位移即为两个相接的盾构隧道管片6间的相对位移。如果第二位移传感器2是回弹式一体位移传感器，则可将第二位移传感器2的固定部设于两个相接的盾构隧道管片6的其中一个端面上，使其伸缩位移探测头部与另一个盾构隧道管片6的端面相接触。其位移探测头部伸缩的位移变化量即为两个相接的盾构隧道管片6间的相对位移。
所述第二位移传感器2的检测信号发送方式可为有线或无线方式；所述第二位移传感器2可通过有线或无线方式与所述数据采集仪4连接。无线方式减少了大量布线。
第二位移传感器2的检测方向可平行于或垂直于盾构隧道管片6轴线，设置第二位移传感器2为了检测盾构隧道管片6间的相对轴向和径向位移等。
可在两个相接的盾构隧道管片6的相对端面上，周向均布8个检测方向平行于水平面的第二位移传感器2。便于精度测量两个相接的盾构隧道管片6的相对端面各个位置在水平方向的缝隙变化。
所述第二位移传感器2可为电容位移传感器或电感位移传感器。这两种位移传感器结构简单，可测量微小位移。
所述第二位移传感器2可为回弹式LVDT位移传感器。这种位移传感器安装简单。
孔隙水压力传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、数据采集仪等装置均可采用现有技术中的适用产品。
本发明还提供了一种盾构隧道土体地震液化实时监测方法实施例，该方法为，将多个孔隙水压力传感器1埋设于盾构隧道不同位置的土体5中；在盾构隧道管片6外表面及管片外土体5间，预埋用于检测盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移的第一位移传感器；将孔隙水压力传感器1及第一位移传感器通过有线或无线方式与数据采集仪4连接；由数据采集仪4在线实时采集盾构隧道不同位置的土体5内部的渗透水压力及盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移。
进一步地，可在两个相接的盾构隧道管片6的相对端面上，可预埋用于检测盾构隧道管片6间的相对位移的第二位移传感器2；可将第二位移传感器2通过有线或无线方式与数据采集仪4连接；可由数据采集仪4在线实时采集盾构隧道管片6间的相对位移。可环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器1。这样使采集的数据更均衡，便于精确分析盾构隧道不同位置的土体5内部的渗透水压力。
可沿盾构隧道轴向均布多个检测方向垂直于水平面的第一位移传感器，均布间距5至10米。第一位移传感器用于检测盾构隧道管片6的上浮或沉降，检测提供了管片外土体5的变化情况，也间接反映了渗透水压力的变化情况。
下面结合本发明的一个优选实施例来说明本发明的工作原理及工作流程：
一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统，包括多个孔隙水压力传感器1、第一位移传感器、第二位移传感器2和数据采集仪4；孔隙水压力传感器1用于测量土体内部的渗透水压力；第一位移传感器可用于检测盾构隧道管片6与管片外土体5间的相对位移；第二位移传感器2可用于检测盾构隧道管片6间的相对位移；由数据采集仪4接收孔隙水压力传感器1、第一位移传感器、第二位移传感器2的信号。
孔隙水压力传感器1可采用美国OMEGA公司生产的PX409-2.5GV压力传感器，第一位移传感器、第二位移传感器2均可采用美国OMEGA公司生产的笔状回弹式LVDT位移传感器，数据采集仪4可采用美国OMEGA公司生产的DP41-8数据采集仪4。
一种盾构隧道液化观测施工方法，将信号线3与孔隙水压力传感器1、第一位移传感器以及第二位移传感器2连接；将第二位移传感器2的固定部预埋在盾构隧道管片结构的钢筋笼内,固定之后，浇筑混凝土；进行盾构隧道管片结构拼装；将孔隙水压力传感器1及第一位移传感器的固定部通过管片中的二次注浆孔埋设在管片外土体5中；将数据采集仪4与信号线3连接，可将数据采集仪4采集的信号上传盾构隧道监控中心；可由数据采集仪4或监控中心对采集的数据进行分析。
如果发生地震等地下结构振动时，孔隙水压力传感器1、第一位移传感器以及第二位移传感器2将信号传到数据采集仪4，由数据采集仪4或监控中心对采集的数据进行分析。通过对数据分析，研究地震大小造成盾构隧道周围土体5的液化程度，分析并验证富水地层盾构隧道抗震措施的合理性。
可设判定液化的标准及设定预警范围；判定液化的标准可为：当数据采集仪4孔隙水压力的监测值减去初始孔隙水压力，然后与初始有效应力的比值接近于1时，认为土体5发生液化。判定液化的标准可主要根据孔隙水压力传感器1的检测值，第一位移传感器以及第二位移传感器2为辅助测量仪器，不起主要判别作用。当发生地震时，第一位移传感器以及第二位移传感器2监测的数据主要供科研人员参考。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，包括多个孔隙水压力传感器和数据采集仪；所述孔隙水压力传感器用于测量土体内部的渗透水压力，其设于盾构隧道不同位置的土体中；所述数据采集仪用于采集所述孔隙水压力传感器的信号；所述孔隙水压力传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
2.根据权利要求1所述的盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器。
3.根据权利要求1所述的盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，还包括第一位移传感器；所述第一位移传感器用于检测盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移；所述第一位移传感器的固定部设置在管片外土体内；所述第一位移传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
4.根据权利要求3所述的盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，所述第一位移传感器为回弹式LVDT位移传感器。
5.根据权利要求1所述的盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，还包括第二位移传感器；所述第二位移传感器用于检测盾构隧道管片间的相对位移；所述第二位移传感器的固定部设于两个相接的盾构隧道管片的相对端面上；所述第二位移传感器通过有线或无线方式与所述数据采集仪连接。
6.根据权利要求5所述的盾构隧道土体地震液化实时监测系统，其特征在于，所述第二位移传感器为回弹式LVDT位移传感器。
7.一种盾构隧道土体地震液化实时监测方法，其特征在于，将多个孔隙水压力传感器埋设于盾构隧道不同位置的土体中；在盾构隧道管片外表面及管片外土体间，预埋用于检测盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移的第一位移传感器；将孔隙水压力传感器及第一位移传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接；由数据采集仪在线实时采集盾构隧道不同位置的土体内部的渗透水压力及盾构隧道管片与管片外土体间的相对位移。
8.根据权利要求7所述的盾构隧道土体地震液化实时监测方法，其特征在于，在两个相接的盾构隧道管片的相对端面上，预埋用于检测盾构隧道管片间的相对位移的第二位移传感器；将第二位移传感器通过有线或无线方式与数据采集仪连接；由数据采集仪在线实时采集盾构隧道管片间的相对位移。
9.根据权利要求7所述的盾构隧道土体地震液化实时监测方法，其特征在于，环绕盾构隧道周向均布8个所述孔隙水压力传感器。
10.根据权利要求7所述的盾构隧道土体地震液化实时监测方法，其特征在于，沿盾构隧道轴向均布多个检测方向垂直于水平面的第一位移传感器，均布间距5至10米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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