CN111636898B - 盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置。包括：受测的盾构管片、土压力盒组、混凝土应变计组、钢筋应力计组和垫片式单向应力计组；盾构管片由一块封顶块、两块连接块及六块标准块构成，为环形结构，土压力盒组包括安装在每块盾构管片外侧形心位置的土压力盒，混凝土应变计组包括绑扎在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧混凝土应变计，钢筋应力计组包括焊接在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧钢筋应力计，垫片式单向应力计组包括布置在除拆除块外每个盾构管片连接面螺栓孔处环向一个、纵向两个垫片式单向应力计。本发明的装置可实现对盾构隧道的联络通道施工过程中周围盾构管片受力状态的长期监测，分析时空特性下的盾构管片受力发展规律。

Description

盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置

技术领域

本发明涉及盾构隧道的联络通道施工监测技术领域，尤其涉及一种盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置。

背景技术

近年来随着我国公路、铁路及城市轨道交通等基础设施建设的高速发展，越来越多的隧道工程采用盾构法施工，当设计采用双洞方案时，往往需要在盾构施工结束后施作联络通道，以确保遇到突发情况时隧道内部人员可以及时避险。在盾构隧道之间修建联络通道，由于受到管片拆除、土体开挖、衬砌施作、管片拼装方式和螺栓安装等因素的作用，会对联络通道周围衬砌管片造成很大影响，给施工带来安全隐患。此外管片结构的受力情况非常复杂，因此需要分析联络通道周围管片的受力工作状态，从而指导现场施工，确保施工安全。

管片作为盾构隧道的主要支护结构，其受力状态影响着整个隧道结构的安全稳定，在盾构隧道中施工联络通道时，需要拆除已安装的管片，因此会对拆除块附近管片的结构整体性造成破坏，对其受力状态造成影响。由于联络通道施工时临近盾构隧道管片早已施作完成，故难以对管片受力状态进行测试，也不能对联络通道开挖过程中的管片受力进行动态跟踪监测。因此，缺少大量有助于优化联络通道施工工法及联络通道周围管片加固设计的基础试验参数，制约着对盾构隧道联络通道施工过程中周围管片的受力状态的认识，影响盾构隧道联络通道施工及临近管片优化设计的快速发展。

目前，现有技术中的测试盾构隧道的联络通道施工对管片影响的方法主要包括：

1.现场观测方法：使用全站仪，水准仪等量测仪器，实时监测隧道管片的变形。该方法的缺点为：仅能得到较粗略的变形值，不能得到土压力、管片内力及螺栓内力等数据；

2.应变片监测方法：在钢筋及混凝土表面粘贴应变片以监测管片内力，应变片具有分辨率高、误差小和价格低廉等优点。该方法的缺点为：操作复杂，耗时耗力，并且应变片极易损坏，监测成功率低。

3.光纤传感器监测方法：光纤传感器具有灵敏度高、数据传输损耗小、抗电磁干扰能力强且能实时监测的优点。该方法的缺点为：价格昂贵，经济效益不高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种盾构隧道的联络通道施工过程中管片受力测试装置，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置，包括：受测的盾构管片、土压力盒组、混凝土应变计组、钢筋应力计组和垫片式单向应力计组；

所述盾构管片由一块封顶块、两块连接块及六块标准块构成，为环形结构，所述土压力盒组包括安装在每块盾构管片外侧形心位置的土压力盒，所述混凝土应变计组包括绑扎在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧混凝土应变计，所述钢筋应力计组包括焊接在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧钢筋应力计，所述垫片式单向应力计组包括布置在除拆除块外每个盾构管片连接面螺栓孔处环向一个、纵向两个垫片式单向应力计。

优选地，所述土压力盒埋设在钢筋笼外侧的形心位置，钢筋笼外侧的下方焊制马凳形钢筋用于支撑土压力盒，土压力盒平放，钢筋笼外侧的上方焊制方形钢板方盒罩子罩在土压力盒的上方，盾构管片浇筑完成后，在收面静停区取出方盒罩子，使用水泥砂浆填补土压力盒与方盒罩子的接缝处，使土压力盒四周无缝隙，土压力盒的受力感应板与盾构管片外弧面相平。

优选地，所述混凝土应变计埋设在钢筋笼内外侧形心位置，应用工具将混凝土应变计捆绑固定在与环向主筋处于同一高度处；

所述钢筋应力计埋设在钢筋笼内外侧形心位置，且焊接在钢筋笼的环向主筋上，将钢筋笼内外侧形心位置的环向主筋断开，断开长度大于钢筋应力计的长度，将带有连接杆的钢筋应力计与盾构管片的钢筋焊接在一起。

优选地，所述垫片式单向应力计安装在螺栓手孔内，设于螺栓端头与防水垫圈之间，施加扭力将螺栓拧入螺栓孔内。

优选地，将所述盾构管片浇筑前预埋传感器的信号传输电缆布设在盾构管片的钢筋下方，传输电缆外露部分通过打开注浆管顶部，将电缆放入注浆管内，电缆接头采取防水胶带包裹，注浆管进行密封；

带有预埋钢板的联络通道处盾构管片，土压力盒及混凝土应变计埋设位置调整至背钢板面50cm处，钢筋应力计埋设位置调整到无钢板一侧，且安装电缆时均应错开锚筋位置。

优选地，将土压力测点和盾构管片内力测点布置在每块盾构管片的形心位置，每块盾构管片的外侧布置一个土压力测点，盾构管片内部的内外侧各布置一个盾构管片内力测点，纵向螺栓内力测点和环向螺栓内力测点布置在螺栓孔处，除拆除环外，每个盾构管片的连接面布置一个环向螺栓测点和两个纵向螺栓测点。

优选地，盾构管片浇筑前预埋振弦式土压力盒，该土压力盒采用焊接方法嵌入式安装，感应面与盾构管片迎土面相平；盾构管片浇筑前预埋振弦式混凝土应变计，该混凝土应变计采用绑扎方法安装，混凝土应变计的感应方向与环向受力主筋方向一致；盾构管片浇筑前预埋振弦式钢筋应力计，该钢筋应力计采用焊接方法安装，钢筋应力计的应变感应方向与环向主筋方向一致。

优选地，所述装置的使用过程包括：

进行盾构管片浇筑和养护后，将盾构管片运输至施工场地，使用龙门吊，将盾构管片吊到井下，用材料运输车将盾构管片托运到掌子面，用盾构管片拼装机将盾构管片拼装成环，并用直螺栓将相邻盾构管片进行连接；

螺栓施工时安装垫片式单向应力计，将应力计套入直螺栓的根部，应力计的应变感应方向与螺栓受力方向一致；

将各传感器的电缆接头分别与测读仪及点荷载仪相连接，分别读取频率和微应变，并按编号对应记录；从开始拆除左线隧道盾构管片、联络通道土体开挖、施作联络通道初支、拆除右线隧道盾构管片到施作联络通道二衬之前，每天监测两次数据，二衬施作完毕后，测量频率改为一天一次，直至数据稳定。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明的装置可实现对盾构隧道的联络通道施工过程中周围管片受力状态的长期监测，分析时空特性下的管片受力发展规律。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的一种土压力测点示意图

图2为本发明实施例提供的一种管片内力测点示意图

图3为本发明实施例提供的一种钢筋应力计焊接示意图

图4为本发明实施例提供的一种螺栓内力测点示意图

图中包括：1-管片；2-土压力测点；3-管片内力测点(混凝土应变计及钢筋应力计布置点)；4-钢筋；5-焊接点；6-钢筋计连接杆；7-钢筋应力计；8-拆除环；9-管片连接面；10-纵向螺栓内力测点；11-环向螺栓内力测点。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例结合土压力测试、盾构管片内力测试与螺栓内力测试，提出了一种盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置，对于盾构隧道工程联络通道施工对盾构管片影响的测试技术的发展具有重要意义。

本发明实施例的盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置包括土压力盒组、混凝土应变计组、钢筋应力计组和垫片式单向应力计组。盾构管片由一块封顶块、两块连接块及六块标准块构成，盾构管片为环形结构。土压力盒组包括安装在每块盾构管片外侧形心位置的土压力盒，混凝土应变计组包括绑扎在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧混凝土应变计，钢筋应力计组包括焊接在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧钢筋应力计，垫片式单向应力计组包括布置在除拆除块外每个盾构管片连接面螺栓孔处环向一个、纵向两个垫片式单向应力计。

上述装置可以测试盾构隧道的联络通道施工对盾构管片的影响，测试方法的处理过程包括：

①提前选择监测断面。联络通道连接的左线隧道和右线隧道各选取四环盾构管片，其中联络通道前、后各两环，一个联络通道共选取八环盾构管片1，并以每环盾构管片1的纵向中线位置作为监测断面；

②预埋测试元件布置。图1为本发明实施例提供的一种土压力测点示意图，图2为盾构管片内力测点示意图，图3为钢筋应力计焊接示意图，图4为螺栓内力测点示意图。土压力测点2和盾构管片内力测点3均布置在每块盾构管片1的形心位置，每块盾构管片1的外侧布置一个土压力测点2，盾构管片1内部的内外侧各布置一个盾构管片内力测点3，纵向螺栓内力测点10和环向螺栓内力测点11布置在螺栓孔处，除拆除环8外，每个盾构管片的连接面9布置一个环向螺栓测点11和两个纵向螺栓测点10；盾构管片1浇筑前预埋振弦式土压力盒，该土压力盒采用焊接方法嵌入式安装，感应面与盾构管片迎土面相平；盾构管片1浇筑前预埋振弦式混凝土应变计，该混凝土应变计采用绑扎方法安装，混凝土应变计的感应方向与环向受力主筋方向一致；盾构管片1浇筑前预埋振弦式钢筋应力计7，该钢筋应力计7采用焊接方法安装，钢筋应力计7的应变感应方向与环向主筋方向一致。

③盾构管片拼装。进行盾构管片1浇筑和养护后，将盾构管片1运输至施工场地，使用龙门吊，将盾构管片1吊到井下，用材料运输车将盾构管片1托运到掌子面，用盾构管片拼装机将盾构管片1拼装成环，并用直螺栓将相邻盾构管片1进行连接；

④垫片式单向应力计布置。螺栓施工时安装垫片式单向应力计，将应力计套入直螺栓的根部，应力计的应变感应方向与螺栓受力方向一致；

⑤监测。将各传感器的电缆接头分别与测读仪及点荷载仪相连接，分别读取频率和微应变，并按编号对应记录；从开始拆除左线隧道盾构管片1、联络通道土体开挖、施作联络通道初支、拆除右线隧道盾构管片1到施作联络通道二衬之前，每天监测两次数据，二衬施作完毕后，测量频率改为一天一次，直至数据稳定。

(3)注意事项

盾构管片是在工厂里提前预制好的钢筋混凝土盾构管片，钢筋笼是每一块盾构管片的骨架，与盾构管片形状相同，钢筋笼绑扎好以后浇筑混凝土，凝固后形成盾构管片。待测钢筋分别选择钢筋笼形心位置内外两侧的两根环向主筋。土压力盒埋设在钢筋笼外侧的形心位置，钢筋笼外侧的下方焊制马凳形钢筋用于支撑土压力盒，土压力盒平放，钢筋笼外侧的上方焊制方形钢板方盒罩在土压力盒上方，用于保证混凝土浇筑过程中土压力盒完好无损，盾构管片1浇筑完成后，在收面静停区，取出方盒罩子，使用水泥砂浆填补土压力盒与方盒罩子的接缝处，使土压力盒四周无缝隙。土压力盒的背板与混凝土接触面需密实无缝隙，受力感应板与盾构管片1外弧面相平，收面完成后土压力盒的表面不允许有混凝土残渣及水泥砂浆。

将混凝土应变计埋设在钢筋笼内外侧形心位置，应用铁丝及胶带将混凝土应变计捆绑固定在与环向主筋处于同一高度处。

将钢筋应力计7埋设在钢筋笼内外侧形心位置，且必须焊接在待测应力的钢筋4上，首先将盾构管片的钢筋4断开，断开长度稍大于钢筋应力计7的长度，然后将钢筋应力计7与盾构管片的钢筋4焊接在一起，焊接点处需饱满无漏焊现象，焊接时必须用湿棉毛巾紧紧包裹钢筋应力计7上的连接杆6进行降温，并尽量减少焊接时间，以免损坏钢筋应力计7，必要时也可适当加长连接杆6。

垫片式单向应力计安装在螺栓手孔内，设于螺栓端头与防水垫圈之间，施加扭力将螺栓拧入螺栓孔内，要求力度适中，扭力过大会造成应力计损坏，扭力过小会造成螺栓松弛，对盾构管片1的拼装构成潜在危险，并且应力计7的内环净空尺寸应根据螺栓型号选择。

盾构管片1浇筑前预埋传感器的信号传输电缆沿钢筋布设，使用扎丝及胶带包裹好，布设在盾构管片1的钢筋下方，传输电缆外露部分通过打开注浆管顶部，将电缆放入注浆管内，电缆接头采取防水胶带包裹，注浆管用海绵及泡沫密封完好。

带有预埋钢板的联络通道处盾构管片，土压力盒及混凝土应变计埋设位置应调整至背钢板面50cm处，钢筋应力计埋设位置应调整到无钢板一侧，且安装电缆时均应错开锚筋位置。

传感器安装前必须检查仪器是否完好，编号并记录埋设前自由状态读数，传感器埋设完成、盾构管片1脱模后、盾构管片1拼装完成后均应连接配套仪表检查是否信号传出，检查传感器工作性能。

该方法适用于不同的地质情况及施工方法，可根据工程实际情况，调整监测断面的数量、监测点的布置及传感器量程的选取。

综上所述，本发明实施例针对盾构隧道的联络通道施工，提出一种联络通道施工对盾构管片影响的测试装置。土压力测点、盾构管片内力测点及螺栓内力测点分布特征，土压力、盾构管片内力及螺栓内力测试元件布置方法，以及联络通道施工对盾构管片影响的测试方法。可实现对盾构隧道的联络通道施工过程中周围盾构管片受力状态的长期监测，分析时空特性下的盾构管片受力发展规律。

本发明实施例的装置可实现对联络通道施工全过程中临近盾构管片受力状态的动态测试，对于盾构隧道工程联络通道施工对盾构管片影响的测试技术的发展具有重要意义。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种盾构隧道的联络通道施工过程中盾构管片受力测试装置，其特征在于，包括：受测的盾构管片、土压力盒组、混凝土应变计组、钢筋应力计组和垫片式单向应力计组；

所述盾构管片由一块封顶块、两块连接块及六块标准块构成，为环形结构，所述土压力盒组包括安装在每块盾构管片外侧形心位置的土压力盒，所述混凝土应变计组包括绑扎在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧混凝土应变计，所述钢筋应力计组包括焊接在每块盾构管片环向主筋方向上的内外两侧钢筋应力计，所述垫片式单向应力计组包括布置在除拆除块外每个盾构管片连接面螺栓孔处环向一个、纵向两个垫片式单向应力计；

所述土压力盒埋设在钢筋笼外侧的形心位置，钢筋笼外侧的下方焊制马凳形钢筋用于支撑土压力盒，土压力盒平放，钢筋笼外侧的上方焊制方形钢板方盒罩子罩在土压力盒的上方，盾构管片浇筑完成后，在收面静停区取出方盒罩子，使用水泥砂浆填补土压力盒与方盒罩子的接缝处，使土压力盒四周无缝隙，土压力盒的受力感应板与盾构管片外弧面相平；

所述混凝土应变计埋设在钢筋笼内外侧形心位置，应用工具将混凝土应变计捆绑固定在与环向主筋处于同一高度处；

所述钢筋应力计埋设在钢筋笼内外侧形心位置，且焊接在钢筋笼的环向主筋上，将钢筋笼内外侧形心位置的环向主筋断开，断开长度大于钢筋应力计的长度，将带有连接杆的钢筋应力计与盾构管片的钢筋焊接在一起；

所述垫片式单向应力计安装在螺栓手孔内，设于螺栓端头与防水垫圈之间，施加扭力将螺栓拧入螺栓孔内；

将所述盾构管片浇筑前预埋传感器的信号传输电缆布设在盾构管片的钢筋下方，传输电缆外露部分通过打开注浆管顶部，将电缆放入注浆管内，电缆接头采取防水胶带包裹，注浆管进行密封；

带有预埋钢板的联络通道处盾构管片，土压力盒及混凝土应变计埋设位置调整至背钢板面50cm处，钢筋应力计埋设位置调整到无钢板一侧，且安装电缆时均应错开锚筋位置；

将土压力测点和盾构管片内力测点布置在每块盾构管片的形心位置，每块盾构管片的外侧布置一个土压力测点，盾构管片内部的内外侧各布置一个盾构管片内力测点，纵向螺栓内力测点和环向螺栓内力测点布置在螺栓孔处，除拆除环外，每个盾构管片的连接面布置一个环向螺栓测点和两个纵向螺栓测点；

盾构管片浇筑前预埋振弦式土压力盒，该土压力盒采用焊接方法嵌入式安装，感应面与盾构管片迎土面相平；盾构管片浇筑前预埋振弦式混凝土应变计，该混凝土应变计采用绑扎方法安装，混凝土应变计的感应方向与环向受力主筋方向一致；盾构管片浇筑前预埋振弦式钢筋应力计，该钢筋应力计采用焊接方法安装，钢筋应力计的应变感应方向与环向主筋方向一致。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的使用过程包括：

进行盾构管片浇筑和养护后，将盾构管片运输至施工场地，使用龙门吊，将盾构管片吊到井下，用材料运输车将盾构管片托运到掌子面，用盾构管片拼装机将盾构管片拼装成环，并用直螺栓将相邻盾构管片进行连接；

螺栓施工时安装垫片式单向应力计，将应力计套入直螺栓的根部，应力计的应变感应方向与螺栓受力方向一致；

将各传感器的电缆接头分别与测读仪及点荷载仪相连接，分别读取频率和微应变，并按编号对应记录；从开始拆除左线隧道盾构管片、联络通道土体开挖、施作联络通道初支、拆除右线隧道盾构管片到施作联络通道二衬之前，每天监测两次数据，二衬施作完毕后，测量频率改为一天一次，直至数据稳定。

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