CN112576258B - 一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,涉及顶管施工技术领域,包括矩形顶管管节、压力检测机构、气压控制机构,所述矩形顶管管节的内部设置有矩形舱,所述气压控制机构位于矩形舱内部,所述矩形顶管管节的顶端设置有压缩舱。本发明通过设置矩形顶管管节、矩形舱、压缩舱、伸缩槽、导气孔、限位槽、活塞块、固定槽、土压力计、连接管、限位块、信号传输电缆以及线槽可实现土压力计的上下升降运动,连接管可对信号传输电缆进行保护,限位块与限位槽的相互配合可对土压力计的移动进行限位,通过以上多个零件的相互配合可在遇到碎石块时将土压力计收缩至压缩舱内使其低于矩形顶管管节顶端面,可有效保护土压力计。

Description

一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系
技术领域
本发明涉及顶管施工技术领域,具体为一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系。
背景技术
顶管施工是一种非开挖施工方法,顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道(即顶管)与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中并将土方运走,实际进行顶管施工时,通常采用多个顶管管节进行顶进,一个顶管管节完成顶入土层之后,再进行下一节管子继续顶进,其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑(也称为工作井或始发井)内穿过土层(即出洞)一直推进到接收坑(也称为接收井)内吊起,管道紧随工具管或掘进机后,埋设在两坑之间,非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势,综合管廊就是地下城市管道综合走廊,采用顶管法对综合管廊进行施工过程中,当顶管管节采用横截面为矩形的矩形顶管管节时,顶进过程中矩形顶管管节的受力监测至关重要。
受施工工艺等因素的影响,矩形顶管管节受力往往复杂多变,尤其是对于矩形顶管管节的横截面宽度大于6m且横截面高度大于3m的大断面矩形顶管施工时,矩形顶管管节受力监测难度大,目前,顶管施工过程中,对管土接触压力进行监测时,通常采用布设于顶管管节外侧壁的土压力计对所布设位置处顶管管节所承受压力进行检测,但在出洞阶段土压力计极易受洞门止水钢板和始发井加固段混凝土碎块、砾石的损坏,尤其当矩形顶管管节的横截面尺寸较大时,所布设的土压力计数量较多,并且更易被损坏。
因此发明了一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系。
发明内容
本发明的目的在于:为了解决土压力计遇到混凝土碎块容易损坏的问题,提供一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,包括矩形顶管管节、压力检测机构、气压控制机构,所述矩形顶管管节的内部设置有矩形舱,所述气压控制机构位于矩形舱内部,所述矩形顶管管节的顶端设置有压缩舱,所述矩形顶管管节内部位于压缩舱底端设置有伸缩槽、导气孔,所述导气孔位于伸缩槽的一侧,所述矩形顶管管节内部位于伸缩槽底端设置有限位槽,所述压力检测机构位于压缩舱内部。
优选地,所述压力检测机构包括活塞块、土压力计、连接管、限位块以及信号传输电缆,所述活塞块的外壁与压缩舱的内壁相互套接,所述活塞块的顶端设置有固定槽,所述土压力计位于固定槽内部,所述连接管位于伸缩槽内部,所述连接管的顶端贯穿至压缩舱内部与活塞块的底端连接,所述限位块位于限位槽内部,所述连接管的底端贯穿至限位槽内部与限位块的顶端连接,所述固定槽内壁底端、连接管内部以及限位块内部设置有线槽,所述信号传输电缆位于土压力计底端。
优选地,所述气压控制机构包括高压气管、进气阀、排气阀、进气管、排气管、导气管、连接管头以及压力检测计,所述进气阀、排气阀分别与高压气管的两侧连接,所述进气阀远离高压气管的一侧与进气管连接,所述排气阀远离高压气管的一侧与排气管连接,所述导气管位于高压气管的外壁顶端,所述连接管头位于导气管的顶端,所述压力检测计位于高压气管的顶端并位于导气管的一侧。
优选地,所述导气孔、限位槽的底端贯穿至矩形顶管管节内部与矩形舱的内壁顶端相连接,所述连接管头的外壁与导气孔的内壁相互套接。
优选地,所述活塞块的直径外壁与压缩舱的内壁直径相匹配,所述连接管的外壁直径与伸缩槽的内壁直径相匹配,所述限位块的外壁直径与限位槽的内壁直径相匹配,所述限位块的外壁直径大于连接管的外壁直径,所述限位块的顶端与限位槽内壁底端相贴合时活塞块、土压力计、矩形顶管管节的顶端位于同一水平面上。
优选地,所述信号传输电缆远离土压力计的一端贯穿至固定槽底端的线槽内部并延伸贯穿连接管、限位块底端至矩形舱内部。
优选地,所述矩形舱的数量设置有多个,多个所述矩形舱均匀分布于矩形顶管管节的外壁顶端,所述压力检测机构的数量与矩形舱的数量相匹配。
优选地,所述导气管、连接管头的数量与压力检测机构的数量相匹配,多个所述导气管均匀分布在高压气管的顶端。
优选地,所述压力检测计、进气阀、排气阀通过导线与外部控制器电性连接。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明通过设置矩形顶管管节、矩形舱、压缩舱、伸缩槽、导气孔、限位槽、活塞块、固定槽、土压力计、连接管、限位块、信号传输电缆以及线槽可实现土压力计的上下升降运动,通过导气孔可对压缩舱内部气体进行控制,继而可带动活塞块以及土压力计沿着压缩舱内壁进行上下移动,连接管可对信号传输电缆进行保护,限位块与限位槽的相互配合可对土压力计的移动进行限位,通过以上多个零件的相互配合可在遇到碎石块时将土压力计收缩至压缩舱内使其低于矩形顶管管节顶端面,可避免土压力计与碎石块导致损坏,可有效保护土压力计;
2、本发明通过设置高压气管、进气阀、排气阀、进气管、排气管、导气管、连接管头以及压力检测计可实现多个土压力计位置的同步调节,通过高压气管顶端的多个导气管以及连接管头可同时对多个压缩舱内部的气压进行控制,继而可实现多个土压力计的同步运动,通过压力检测计可对高压气管内部的气压进行检测,即可直观检测出压缩舱内的气压,通过进气阀、排气阀、压力检测及与外部控制器的相互配合可更快速的进行土压力计的位置调节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的结构剖视图;
图3为本发明的A处位置的放大图;
图4为本发明的剖视爆炸图;
图5为本发明的B处位置的放大图;
图6为本发明的C处位置的放大图;
图7为本发明的压力检测机构的结构示意图;
图8为本发明的压力检测机构的结构爆炸图;
图9为本发明的气压控制机构的结构示意图;
图10为本发明的D处位置的放大图。
图中:1、矩形顶管管节;101、矩形舱;102、压缩舱;103、伸缩槽;104、导气孔;105、限位槽;2、压力检测机构;201、活塞块;2011、固定槽;202、土压力计;203、连接管;204、限位块;205、信号传输电缆;206、线槽;3、气压控制机构;301、高压气管;302、进气阀;303、排气阀;304、进气管;305、排气管;306、导气管;307、连接管头;308、压力检测计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面根据本发明的整体结构,对其实施例进行说明。
请参阅图1-10,一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,包括矩形顶管管节1、压力检测机构2、气压控制机构3,矩形顶管管节1的内部设置有矩形舱101,气压控制机构3位于矩形舱101内部,矩形顶管管节1的顶端设置有压缩舱102,矩形顶管管节1内部位于压缩舱102底端设置有伸缩槽103、导气孔104,导气孔104位于伸缩槽103的一侧,矩形顶管管节1内部位于伸缩槽103底端设置有限位槽105,压力检测机构2位于压缩舱102内部。
作为本发明的优选实施例,压力检测机构2包括活塞块201、土压力计202、连接管203、限位块204以及信号传输电缆205,活塞块201的外壁与压缩舱102的内壁相互套接,活塞块201的顶端设置有固定槽2011,土压力计202位于固定槽2011内部,连接管203位于伸缩槽103内部,连接管203的顶端贯穿至压缩舱102内部与活塞块201的底端连接,限位块204位于限位槽105内部,连接管203的底端贯穿至限位槽105内部与限位块204的顶端连接,固定槽2011内壁底端、连接管203内部以及限位块204内部设置有线槽206,信号传输电缆205位于土压力计202底端,通过压力检测机构2可对矩形顶管的外部受力进行实时监测。
作为本发明的优选实施例,气压控制机构3包括高压气管301、进气阀302、排气阀303、进气管304、排气管305、导气管306、连接管头307以及压力检测计308,进气阀302、排气阀303分别与高压气管301的两侧连接,进气阀302远离高压气管301的一侧与进气管304连接,排气阀303远离高压气管301的一侧与排气管305连接,导气管306位于高压气管301的外壁顶端,连接管头307位于导气管306的顶端,压力检测计308位于高压气管301的顶端并位于导气管306的一侧,通过气压控制机构3可调节压力检测机构2的高度。
作为本发明的优选实施例,导气孔104、限位槽105的底端贯穿至矩形顶管管节1内部与矩形舱101的内壁顶端相连接,连接管头307的外壁与导气孔104的内壁相互套接,气压控制机构3可通过连接管头307、导气孔104对压缩舱102内部的气压进行调节。
作为本发明的优选实施例,活塞块201的直径外壁与压缩舱102的内壁直径相匹配,连接管203的外壁直径与伸缩槽103的内壁直径相匹配,限位块204的外壁直径与限位槽105的内壁直径相匹配,限位块204的外壁直径大于连接管203的外壁直径,限位块204的顶端与限位槽105内壁底端相贴合时活塞块201、土压力计202、矩形顶管管节1的顶端位于同一水平面上,此结构可使压缩舱102内部保持良好的密封性,通过限位块204与限位槽105的相互配合可对活塞块201的移动进行限位。
作为本发明的优选实施例,信号传输电缆205远离土压力计202的一端贯穿至固定槽2011底端的线槽206内部并延伸贯穿连接管203、限位块204底端至矩形舱101内部,通过此结构可对信号传输电缆205进行保护,避免土压力计202移动过程中信号传输电缆205受到损害。
作为本发明的优选实施例,矩形舱101的数量设置有多个,多个矩形舱101均匀分布于矩形顶管管节1的外壁顶端,压力检测机构2的数量与矩形舱101的数量相匹配,通过多个压力检测机构2可以更好的对矩形顶管的外部受力进行监测。
作为本发明的优选实施例,导气管306、连接管头307的数量与压力检测机构2的数量相匹配,多个导气管306均匀分布在高压气管301的顶端,此结构可实现多个压力检测机构2位置调节的同步进行。
作为本发明的优选实施例,压力检测计308、进气阀302、排气阀303通过导线与外部控制器电性连接,通过压力检测计308可对高压气管301的内部气压进行监测,并将检测到的型号传输至外部控制器,通过外部控制器控制进气阀302、排气阀303开启与关闭,可实现高压气管301内部气压的快速调节。
工作原理:此综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系使用时,是通过矩形顶管管节1顶端的多个土压力计202进行受力监测的,土压力计202是由背板、感应板、信号传输电缆205、振弦及激振电磁线圈等组成,当矩形顶管管节1外部土应力发生变化时,土压力计202内部的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,频率信号经信号传输电缆205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,在顶管施工过程中,随着矩形顶管管节1不断向前推进,为了避免土压力计202受到始发井加固段混凝土碎块、砾石的损坏,需要对位于始发阶段的矩形顶管管节1顶端的压力检测机构2进行位置调节,使土压力计202收缩至压缩舱102内部其顶端低于矩形顶管管节1顶端,即可有效避免土压力计202发生损坏,通过外部控制器控制排气阀303开启,其压缩舱102内部的高压气体会通过导气孔104、连接管头307、导气管306、高压气管301、排气阀303、排气管305排出,此时活塞块201会沿着压缩舱102的内壁向下移动,即土压力计202收缩至压缩舱102内部,于此同时连接管203、限位块204可保护信号传输电缆205与土压力计202进行同步运动,通过此结构可避免信号传输电缆205受到磨损,使其保持良好的信号传输功能,通过高压气管301顶端的多个导气管306、连接管头307可对矩形顶管管节1顶端的多个土压力计202实现同步运动,在矩形顶管管节1完全通过始发阶段的加固段后,即可将土压力计202向上移动,此时通过外部控制器控制启动进气阀302,外部高压气体通过进气管304、进气阀302、高压气管301、导气管306、连接管头307、导气孔104进入压缩舱102内部,并对活塞块201形成挤压使其向上运动,即土压力计202向上运动,于此同时连接管203、限位块204也会同步向上运动,在限位块204与限位槽105内壁顶端接触时,其活塞块201的运动停止,此时土压力计202的顶端与矩形顶管管节1的顶端位于同一水平面上,即完成土压力计202的调节工作,在土压力计202日常监测过程中,压缩舱102内部的气压会受到温度影响产生变化,高压气管301的内部气压与压缩舱102内部的气压相同,通过压力检测计308可对高压气管301、压缩舱102的内部气压进行实时监测,且检测信息会传输至外部控制器,通过外部控制器控制进气阀302、排气阀303可保持压缩舱102内部的气压恒定。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,包括矩形顶管管节(1)、压力检测机构(2)、气压控制机构(3),其特征在于:所述矩形顶管管节(1)的内部设置有矩形舱(101),所述气压控制机构(3)位于矩形舱(101)内部,所述矩形顶管管节(1)的顶端设置有压缩舱(102),所述矩形顶管管节(1)内部位于压缩舱(102)底端设置有伸缩槽(103)、导气孔(104),所述导气孔(104)位于伸缩槽(103)的一侧,所述矩形顶管管节(1)内部位于伸缩槽(103)底端设置有限位槽(105),所述压力检测机构(2)位于压缩舱(102)内部;
所述压力检测机构(2)包括活塞块(201)、土压力计(202)、连接管(203)、限位块(204)以及信号传输电缆(205),所述活塞块(201)的外壁与压缩舱(102)的内壁相互套接,所述活塞块(201)的顶端设置有固定槽(2011),所述土压力计(202)位于固定槽(2011)内部,所述连接管(203)位于伸缩槽(103)内部,所述连接管(203)的顶端贯穿至压缩舱(102)内部与活塞块(201)的底端连接,所述限位块(204)位于限位槽(105)内部,所述连接管(203)的底端贯穿至限位槽(105)内部与限位块(204)的顶端连接,所述固定槽(2011)内壁底端、连接管(203)内部以及限位块(204)内部设置有线槽(206),所述信号传输电缆(205)位于土压力计(202)底端;
所述气压控制机构(3)包括高压气管(301)、进气阀(302)、排气阀(303)、进气管(304)、排气管(305)、导气管(306)、连接管头(307)以及压力检测计(308),所述进气阀(302)、排气阀(303)分别与高压气管(301)的两侧连接,所述进气阀(302)远离高压气管(301)的一侧与进气管(304)连接,所述排气阀(303)远离高压气管(301)的一侧与排气管(305)连接,所述导气管(306)位于高压气管(301)的外壁顶端,所述连接管头(307)位于导气管(306)的顶端,所述压力检测计(308)位于高压气管(301)的顶端并位于导气管(306)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述导气孔(104)、限位槽(105)的底端贯穿至矩形顶管管节(1)内部与矩形舱(101)的内壁顶端相连接,所述连接管头(307)的外壁与导气孔(104)的内壁相互套接。
3.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述活塞块(201)的直径外壁与压缩舱(102)的内壁直径相匹配,所述连接管(203)的外壁直径与伸缩槽(103)的内壁直径相匹配,所述限位块(204)的外壁直径与限位槽(105)的内壁直径相匹配,所述限位块(204)的外壁直径大于连接管(203)的外壁直径,所述限位块(204)的顶端与限位槽(105)内壁底端相贴合时活塞块(201)、土压力计(202)、矩形顶管管节(1)的顶端位于同一水平面上。
4.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述信号传输电缆(205)远离土压力计(202)的一端贯穿至固定槽(2011)底端的线槽(206)内部并延伸贯穿连接管(203)、限位块(204)底端至矩形舱(101)内部。
5.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述矩形舱(101)的数量设置有多个,多个所述矩形舱(101)均匀分布于矩形顶管管节(1)的外壁顶端,所述压力检测机构(2)的数量与矩形舱(101)的数量相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述导气管(306)、连接管头(307)的数量与压力检测机构(2)的数量相匹配,多个所述导气管(306)均匀分布在高压气管(301)的顶端。
7.根据权利要求1所述的一种综合管廊大断面矩形顶管施工受力监测体系,其特征在于:所述压力检测计(308)、进气阀(302)、排气阀(303)通过导线与外部控制器电性连接。
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