CN112554950B - 隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，包括隧道钢拱架、可调支架、土压力计、集中压力消除组件和可调供压组件，隧道钢拱架上设置有可调支架，可调支架的上侧设置有土压力计，土压力计的传感面与隧道的土层之间设置有集中压力消除组件，集中压力消除组件通过连接管与可调供压组件连接；集中压力消除组件包括柔性囊和设置在柔性囊内部的容纳腔，容纳腔中填充有填充介质。在本装置中，隧道中的土层首先作用在柔性囊上，柔性囊在填充介质的作用下，将土的作用力会均匀分配在土压力计圆柱端面上，不会出现土压力计局部受力的情况，这样使得土压力计可以更精确的测定隧道中上方的土的压应力值。

Description

隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道检测设备领域，特别涉及隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置及施工方法。

背景技术

现有技术中的土压力计都呈圆柱状，其工作原理是当被测结构物内土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的压应力值，同时可同步测出埋设点的温度值。但是，在实际的运用过程中，由于围岩表面并不平整，土体表面凹凸不平，土压力的圆柱端面与土的接触并非均匀的，可能出现部分土与土压力计接触，部分土与土压力计未接触，从而造成土压力计的感应板变形不一样，甚至出现非常大的误差，从而导致土压力计难以更精确的测定隧道中上方的土的压应力值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置及施工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，包括隧道钢拱架、可调支架、土压力计、集中压力消除组件和可调供压组件，所述隧道钢拱架上设置有所述可调支架，所述可调支架的上侧设置有所述土压力计，所述土压力计的传感面与隧道的土层之间设置有所述集中压力消除组件，所述集中压力消除组件通过连接管与所述可调供压组件连接；

所述集中压力消除组件包括柔性囊和设置在所述柔性囊内部的容纳腔，所述容纳腔中填充有填充介质。

进一步地，所述土压力计的传感面上固定设置有与所述传感面配合的密封凸环，所述柔性囊上设置有与所述密封凸环配合的密封口，所述密封口上设置有用于将所述密封口固定在所述密封凸环的锁紧环。

进一步地，所述可调支架包括固定部和调节部，所述固定部设置在所述隧道钢拱架上，所述调节部设置在所述固定部上。

进一步地，所述可调支架通过夹紧组件固定在所述隧道钢拱架上，所述夹紧组件包括第一夹体和第二夹体，所述第一夹体和所述第二夹体分别设置在截面呈工字型的所述隧道钢拱架上，所述第一夹体设置在所述第二夹体上方，所述固定部的两端分别与所述第一夹体和所述第二夹体相连。

进一步地，所述固定部上设置有滑动孔，所述调节部的下侧设置有与所述滑动孔配合的滑动杆，所述滑动杆被螺栓固定在所述滑动孔中。

进一步地，所述可调供压组件包括壳体、压力塞、固定环、推进杆、手柄和中空子接头，所述壳体的一端设置有与所述壳体配合的所述固定环，所述推进杆与所述固定环上设置的孔螺纹连接，所述推进杆一端设置有所述手柄，所述推进杆另一端设置有与所述壳体内壁配合的所述压力塞，所述壳体的另一端设置有中空子接头，所述中空子接头的外表面与设置在所述连接管上中空母接头内壁配合，所述中空母接头内部设置有单向开关，所述中空子接头的内部与所述壳体内部连通；

所述中空子接头的外壁上设置有第一密封环，所述压力塞的外壁上设置有第二密封环；

所述推进杆的端部设置有旋转端头，所述压力塞的端面上设置有与所述旋转端头配合的盲孔，所述盲孔上设置用于将所述旋转端头固定在所述盲孔内部的锁紧板。

进一步地，所述单向开关包括复位弹簧、滑动槽、支撑台和阻塞块，所述中空母接头内壁上设置有支撑台和滑动槽，所述复位弹簧设置在滑动槽内且其一端与所述支撑台相连，其另一端与所述阻塞块相连，所述阻塞块与所述滑动槽的圆锥段配合。

进一步地，所述土压力计通过线缆与检测终端连接。

快速埋设装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：准备好安装快速埋设装置所需要的所有的零部件；

S2：将所述土压力计和所述柔性囊连成一个整体；

S3：将所述第一夹体和所述第二夹体安装在所述隧道钢拱架上，然后将组装完成后的所述可调支架固定在所述第一夹体和所述第二夹体上，并将所述土压力计安装到所述可调支架的上侧；

S4：调节所述可调支架上的所述固定部与所述调节部之间的位置关系，当所述柔性囊与所述土层接触时，此时将所述调节部固定在所述调节部上；

S5：所述土压力计通过线缆与检测终端连接，将所述柔性囊通过所述连接管与所述可调供压组件连接；

S6：将所述可调供压组件中的所述填充介质通过所述连接管注入到所述柔性囊里的容纳腔中，使得所述柔性囊膨胀并与所述土层接触，然后利用所述检测终端对所述土压力计进行检测以及调试；

S7：将所述检测终端和所述可调供压组件拆去，最后对本装置进行预埋。

进一步地，在所述S7中，在混土层浇筑之前，连接所述土压力计的线缆的另一端、所述连接管上与所述可调供压组件连接端都延伸至所述隧道钢拱架内，混土层浇筑时，连接管的端头与线缆不被混土层淹没，而且混土层也不淹没所述土压力计和所述柔性囊。

本发明的有益效果是：

1）在本装置中，隧道中的土层首先作用在柔性囊上，无论应力作用在柔性囊上表面的任何位置，在柔性囊内填充介质的作用下，将土的作用力会均匀分配在土压力计上，这样使得土压力计的整个圆柱端面都受到均匀的力，不会出现土压力计局部受力的情况，这样使得土压力计可以更精确的测定隧道中上方的土的压应力值。

2）在隧道中，不同地方的土层到隧道钢拱架的距离不一样，而设置可调支架之后，可以有效的控制土压力计与土层的距离，使得安装完成后的柔性囊可以接触到土层。

3）在本装置中，每个检测点都需要一个土压力计和一个柔性囊，如果每个柔性囊上再配备一个可调供压组件，那么成本就会非常高，因此将可调供压组件设置成可拆卸的形式，采用中空子接头与中空母接头配合的方式进行，当一个柔性囊中注满填充介质后，将可调供压组件拆下，然后连接在另一个柔性囊继续注入填充介质，可以有效的节约成本。

附图说明

图1为本装置的连接结构示意图；

图2为本装置上的可调支架截面结构示意图；

图3为本装置上的可调供压组件结构示意图；

图4为本装置上的中空母接头结构示意图；

图5为土压力计与柔性囊的连接结构示意图；

图中，1-隧道钢拱架，2-可调支架，3-土压力计，4-土层，5-连接管，6-柔性囊，7-容纳腔，8-填充介质，9-固定部，10-调节部，11-第一夹体，12-第二夹体，13-滑动孔，14-滑动杆，15-壳体，16-压力塞，17-固定环，18-推进杆，19-手柄，20-中空子接头，21-中空母接头，22-复位弹簧，23-滑动槽，24-支撑台，25-阻塞块，26-圆锥段，27-线缆，28-第一密封环，29-第二密封环，30-盲孔，31-锁紧板，32-旋转端头，33-密封凸环，34-密封口，35-锁紧环。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：

隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，包括隧道钢拱架1、可调支架2、土压力计3、集中压力消除组件和可调供压组件，隧道钢拱架1上设置有可调支架2，可调支架2的上侧设置有土压力计3，土压力计3的传感面与隧道的土层4之间设置有集中压力消除组件，集中压力消除组件通过连接管5与可调供压组件连接，集中压力消除组件包括柔性囊6和设置在柔性囊6内部的容纳腔7，容纳腔7中填充有填充介质8。其中，土压力计3为现有技术的土压力计，比如JM-190土压力计。柔性囊6由橡胶制成，在柔性囊6的外侧设置一个与柔性囊6配合的无弹性布袋，这样使得容纳腔7中注入填充介质后，减少柔性囊6的弹性，在土层压在柔性囊6上时，保证柔性囊6的弹性尽量小，注入在容纳腔7中的填充介质可以是水、液压油、防冻液等。

优选的，土压力计3的传感面上固定设置有与所述传感面配合的密封凸环33，柔性囊6上设置有与密封凸环33配合的密封口34，密封口34上设置有用于将密封口34固定在所述密封凸环33的锁紧环35。在初始的设计过程中，我们将柔性囊6设计为一个球形的囊体，并且直接放置在土压力计3的传感面上，但是由于柔性囊6在填充过程中不规则膨胀，容易使柔性囊6偏离土压力计3的传感面，同时连接管5也会拉动柔性囊6使其偏离土压力计3的传感面，这样导致测得结果误差还是很大；另外在装配时需要先固定调节可调支架2和土压力计3，最后再将柔性囊6放入土压力计3与土层4之间，由于该操作空间狭小，给现场装配带来了麻烦。后续采用过将柔性囊6粘接在传感面上的方式，柔性囊6在充入填充介质8时使得柔性囊6膨胀，这样柔性囊6与传感面之间存在拉力，柔性囊6仍然容易从传感面撕裂脱离（甚至破坏柔性囊），从而影响检测结果。最后才使用此方案，在柔性囊6上设置密封口34，使之与传感面成为一个整体。其中，密封凸环33沿传感面的边缘设置，密封口34包裹在密封凸环33上，最后使用锁紧环35将密封口34固定在密封凸环33上。容纳腔7由柔性囊6与传感面共同组成，所形成的容纳腔7为密封腔体。这样一来，在充入填充介质8的过程中，柔性囊6始终保持与传感面对准固定，不会发生偏移现象，而且可以预制在土压力计3上，方便现场施工装配。

优选的，可调支架2包括固定部9和调节部10，固定部9设置在隧道钢拱架1上，调节部10设置在固定部9上。固定部9上设置有滑动孔13，调节部10的下侧设置有与滑动孔13配合的滑动杆14，滑动杆14被螺栓固定在滑动孔13中。在隧道中，不同地方的土层4到隧道钢拱架1的距离不一样，而设置可调支架2之后，可以有效的控制土压力计3与土层4的距离，使得安装完成后的柔性囊6可以接触到土层4。一般情况下，在固定部9上设置螺栓，螺栓的前端部直接顶在滑动杆14上，就能将滑动杆14固定在滑动孔13中，在本装置中，滑动杆14上也设置有若干等距的螺栓孔，螺栓穿过固定部9后再穿入到滑动杆14上的螺纹孔中，从而将滑动杆14固定在固定部9上，即使上侧的柔性囊6受到很大的压力，也保证滑动杆14不会在滑动孔13中滑动，也就是固定部9和调节部10不会出现相对滑动的情况，进一步提高测定土的压应力值的准确性。

优选的，可调支架2通过夹紧组件固定在隧道钢拱架1上，夹紧组件包括第一夹体11和第二夹体12，第一夹体11和第二夹体12分别设置在截面呈工字型的隧道钢拱架1上，第一夹体11设置在第二夹体12上方，固定部9的两端分别与第一夹体11和第二夹体12相连。其中，隧道钢拱架1是隧道建设过程中固有设置的，固定部9需要竖直设置方便侧力，因此第一夹体11和第二夹体12也是竖直设置，并且第一夹体11和第二夹体12固定在隧道钢拱架1上，固定部9固定在第一夹体11和第二夹体12上，在侧力时，固定部9不会出现移动的现象。

可调供压组件包括壳体15、压力塞16、固定环17、推进杆18、手柄19和中空子接头20，壳体15的一端设置有与壳体15配合的固定环17，推进杆18与固定环17上设置的孔螺纹连接，推进杆18一端设置有手柄19，推进杆18另一端设置有与壳体15内壁配合的压力塞16，壳体15的另一端设置有中空子接头20，中空子接头20的外表面与设置在连接管5上中空母接头21内壁配合，中空母接头21内部设置有单向开关，中空子接头20的内部与壳体15内部连通；中空子接头20的外壁上设置有第一密封环28，压力塞16的外壁上设置有第二密封环29；推进杆18的端部设置有旋转端头32，压力塞16的端面上设置有与旋转端头32配合的盲孔30，盲孔30上设置用于将旋转端头32固定在盲孔30内部的锁紧板31。可调供压组件的工作过程是：转动手柄19，手柄19带动推进杆18转动，由于固定环17固定设在壳体15上，所以推进杆18与固定环17螺纹配合后，推进杆18端部的旋转端头32会推动压力塞16在壳体15向中空子接头20侧移动，壳体15内填充介质8从中空子接头20中排出，然后进入到中空母接头21内。第一密封环28用于密封中空子接头20外侧与中空母接头21内侧的缝隙，第二密封环29密封壳体15内壁与压力塞16配合处的间隙。推进杆18向一侧转会推动压力塞16前进，推进杆18向另一侧转需要压力塞16向固定环17侧移动，因此在盲孔30上锁紧板31，使得压力塞16向固定环17侧移动时不会与推进杆18上的旋转端头32脱离，旋转端头32可以自由在盲孔30中转动。每个检测点都需要一个土压力计3和一个柔性囊6，如果每个柔性囊6上再配备一个可调供压组件，那么成本就会非常高，因此将可调供压组件设置成可拆卸的形式，采用中空子接头20与中空母接头21配合的方式进行，当一个柔性囊6中注满填充介质8后，将可调供压组件拆下，然后连接在另一个柔性囊6继续注入填充介质8，可以有效的节约成本。

优选的，单向开关包括复位弹簧22、滑动槽23、支撑台24和阻塞块25，中空母接头21内壁上设置有支撑台24和滑动槽23，复位弹簧22设置在滑动槽23内且其一端与支撑台24相连，其另一端与阻塞块25相连，阻塞块25与滑动槽23的圆锥段26配合。单向开关的作用时使填充介质通过连接管5进入到柔性囊6内部的容纳腔7中，但是，在柔性囊6受到压力时，容纳腔7的填充介质不能排出。

土压力计3通过线缆27与检测终端连接。在本装置中，最终通过检测终端的结果判断土层的具体情况，比如内部的土层是否塌方以及塌方量是多少，从而判断隧道是否安全。

快速埋设装置的施工方法，包括以下步骤：

（1）准备好安装快速埋设装置所需要的所有的零部件。

（2）将土压力计3和柔性囊6连成一个整体，并有锁紧环35固定好。

（3）将第一夹体11和第二夹体12安装在隧道钢拱架1上，然后将组装完成后的可调支架2固定在第一夹体11和第二夹体12上，并将土压力计3安装到可调支架2的上侧。

（4）调节可调支架2上的固定部9与调节部10之间的位置关系，当柔性囊6与土层4接触时，此时将调节部10固定在调节部10上。

（5）土压力计3通过线缆27与检测终端连接，将柔性囊6通过连接管5与可调供压组件连接。

（6）将可调供压组件中的填充介质8通过连接管5注入到柔性囊6里的容纳腔7中，使得柔性囊6膨胀并与土层4接触，然后利用检测终端对土压力计3进行检测以及调试。

（7）将检测终端和可调供压组件拆去，最后对本装置进行预埋。在混土层浇筑之前，连接土压力计3的线缆27的另一端、连接管5上与可调供压组件连接端都延伸至隧道钢拱架1内，混土层浇筑时，连接管5的端头与线缆27不被混土层淹没，而且混土层也不淹没土压力计3和柔性囊6。

在本装置中，隧道中的土层首先作用在柔性囊上，无论应力作用在柔性囊上表面的任何位置，在柔性囊内填充介质的作用下，将土的作用力会均匀分配在土压力计上，这样使得土压力计的整个圆柱端面都受到均匀的力，不会出现土压力计局部受力的情况，这样使得土压力计可以更精确的测定隧道中上方的土的压应力值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：包括隧道钢拱架（1）、可调支架（2）、土压力计（3）、集中压力消除组件和可调供压组件，所述隧道钢拱架（1）上设置有所述可调支架（2），所述可调支架（2）的上侧设置有所述土压力计（3），所述土压力计（3）的传感面与隧道的土层（4）之间设置有所述集中压力消除组件，所述集中压力消除组件通过连接管（5）与所述可调供压组件连接；

所述集中压力消除组件包括柔性囊（6）和设置在所述柔性囊（6）内部的容纳腔（7），所述容纳腔（7）中填充有填充介质（8）；

所述可调供压组件包括壳体（15）、压力塞（16）、固定环（17）、推进杆（18）、手柄（19）和中空子接头（20），所述壳体（15）的一端设置有与所述壳体（15）配合的所述固定环（17），所述推进杆（18）与所述固定环（17）上设置的孔螺纹连接，所述推进杆（18）一端设置有所述手柄（19），所述推进杆（18）另一端设置有与所述壳体（15）内壁配合的所述压力塞（16），所述壳体（15）的另一端设置有中空子接头（20），所述中空子接头（20）的外表面与设置在所述连接管（5）上中空母接头（21）内壁配合，所述中空母接头（21）内部设置有单向开关，所述中空子接头（20）的内部与所述壳体（15）内部连通；

所述中空子接头（20）的外壁上设置有第一密封环（28），所述压力塞（16）的外壁上设置有第二密封环（29）；

所述推进杆（18）的端部设置有旋转端头（32），所述压力塞（16）的端面上设置有与所述旋转端头（32）配合的盲孔（30），所述盲孔（30）上设置用于将所述旋转端头（32）固定在所述盲孔（30）内部的锁紧板（31）。

2.根据权利要求1所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述土压力计（3）的传感面上固定设置有与所述传感面配合的密封凸环（33），所述柔性囊（6）上设置有与所述密封凸环（33）配合的密封口（34），所述密封口（34）上设置有用于将所述密封口（34）固定在所述密封凸环（33）的锁紧环（35）。

3.根据权利要求1所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述可调支架（2）包括固定部（9）和调节部（10），所述固定部（9）设置在所述隧道钢拱架（1）上，所述调节部（10）设置在所述固定部（9）上。

4.根据权利要求3所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述可调支架（2）通过夹紧组件固定在所述隧道钢拱架（1）上，所述夹紧组件包括第一夹体（11）和第二夹体（12），所述第一夹体（11）和所述第二夹体（12）分别设置在截面呈工字型的所述隧道钢拱架（1）上，所述第一夹体（11）设置在所述第二夹体（12）上方，所述固定部（9）的两端分别与所述第一夹体（11）和所述第二夹体（12）相连。

5.根据权利要求3所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述固定部（9）上设置有滑动孔（13），所述调节部（10）的下侧设置有与所述滑动孔（13）配合的滑动杆（14），所述滑动杆（14）被螺栓固定在所述滑动孔（13）中。

6.根据权利要求1所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述单向开关包括复位弹簧（22）、滑动槽（23）、支撑台（24）和阻塞块（25），所述中空母接头（21）内壁上设置有支撑台（24）和滑动槽（23），所述复位弹簧（22）设置在滑动槽（23）内且其一端与所述支撑台（24）相连，其另一端与所述阻塞块（25）相连，所述阻塞块（25）与所述滑动槽（23）的圆锥段（26）配合。

7.根据权利要求1所述的隧道土压力计完全接触受力面的快速埋设装置，其特征在于：所述土压力计（3）通过线缆（27）与检测终端连接。

8.根据权利要求4所述的快速埋设装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：准备好安装快速埋设装置所需要的所有的零部件；

S2：将所述土压力计（3）和所述柔性囊（6）连成一个整体；

S3：将所述第一夹体（11）和所述第二夹体（12）安装在所述隧道钢拱架（1）上，然后将组装完成后的所述可调支架（2）固定在所述第一夹体（11）和所述第二夹体（12）上，并将所述土压力计（3）安装到所述可调支架（2）的上侧；

S4：调节所述可调支架（2）上的所述固定部（9）与所述调节部（10）之间的位置关系，当所述柔性囊（6）与所述土层（4）接触时，此时将所述调节部（10）固定在所述调节部（10）上；

S5：所述土压力计（3）通过线缆（27）与检测终端连接，将所述柔性囊（6）通过所述连接管（5）与所述可调供压组件连接；

S6：将所述可调供压组件中的所述填充介质（8）通过所述连接管（5）注入到所述柔性囊（6）里的容纳腔（7）中，使得所述柔性囊（6）膨胀并与所述土层（4）接触，然后利用所述检测终端对所述土压力计（3）进行检测以及调试；

S7：将所述检测终端和所述可调供压组件拆去，最后对本装置进行预埋。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于：在所述S7中，在混土层浇筑之前，连接所述土压力计（3）的线缆（27）的另一端、所述连接管（5）上与所述可调供压组件连接端都延伸至所述隧道钢拱架（1）内，混土层浇筑时，连接管（5）的端头与线缆（27）不被混土层淹没，而且混土层也不淹没所述土压力计（3）和所述柔性囊（6）。

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