CN113565515A - 一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置及方法，主要包括锥形头、尾管、连接管、孔隙水压力测试单元、分隔系统和外封系统。孔隙水压力测试单元由测试单元外罩、透水石、水压室、压力膜、气压室、排气管、压力管、温度传感器、温度传输线、排气管阀门、压力表和温度测读仪组成；分隔系统由分隔管、橡胶垫圈、保温层和连接螺栓组成；外封系统由膨胀袋、注浆管、注浆管接头组成。本发明采取分段分隔、对管外进行膨胀处理，采用空气作为压力传递和显示介质。本发明提供一种可应用于地铁联络通道冻结法施工的多点测试、实时显示、适应低温环境、测试结果可靠的孔隙水压力现场测试装置和方法。

Description

一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置及 方法

技术领域

本发明属于地铁隧道冻结法施工技术领域，涉及一种地铁联络通道人工地层冻结法施工过程中地层孔隙水压力测试装置及方法。

背景技术

联络通道掘进施工是地铁盾构隧道施工中的高风险环节之一，极易出现联络通道涌水、坍塌乃至诱发既有盾构隧道管片裂损、垮塌，人工地层冻结法因具有强度高、地层密封性好、技术可靠、施工安全等优点，是联络通道尤其是在富水砂层联络通道的主要施工方法。尽管人工地层冻结法经过130多年工程应用和发展，已经成为一种成熟工法，实际施工中仍然需要高度防范某些安全风险，如过度冻结风险，过度冻结可能导致冻结管断裂、部分地铁管片隧道衬砌开裂等，为此，需要对冻结法施工过程进行全方位严密监控，孔隙水压力即为其中的重要监控内容之一。

目前常用的孔隙水压力传感器按照工作原理主要为钢弦式、电感调频式、差动电阻式和电阻应变片式等，其中钢弦式长期稳定性高、对绝缘要求低、抗干扰能力强，适于孔隙水压力的长期观测，是工程施工现场孔隙水压力监测的主要手段，一般采用钻孔埋设法进行传感器的安装和布设。针对钻孔埋设过程繁琐、试验周期长的问题，房中玉等(中国专利CN 110411646 A)公布一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力测试装置，将钢弦式孔隙水压力传感器置入钢护筒，利用装置的锥形端头直接顶入地层；涂启柱等在扁铲侧涨仪(中国专利CN 107152986 A)的扁铲探头内部设置微型孔隙水压力传感器，实现扁铲侧涨试验能够同时直接测试孔隙水压力的功能；蔡国军等(中国专利CN 103410134 A)将孔隙水压力计安装于不锈钢锥形探针内，以实现原位、快速、准确测试；周黎月等(中国专利CN 212270890U)在静力触探仪的静探探针内置孔隙水压力计，利用静压法原位测试孔隙水压力，以避免钻孔埋设时产生的泥浆。针对钢弦式传感器手工测试不便的问题，唐孟雄等(中国专利CN105821823 A)将孔隙水压力传感器与孔隙水压力数据采集仪无线连接，以实现自动化监控。

既有发明主要是针对常规温度环境，应用于冻结法施工时具有以下问题：

(1)低温适应性较差，对温度测试较少；

(2)以单点测试为主。冻结法施工时，冻结温度场受诸多因素影响，例如地层含水率、级配、含砂率、粘颗粒含量等物性参数，冻结管放射状设计，冻结管施工定位误差和缺陷，保温层实际效果等，实际地层温度场是三维分布的，受此影响，孔隙水压力在时空分布上变化较大，因此，单点测试的效率较低；

(3)部分发明可以实现多点测试，但采用单根测试管设计，多点之间温度会相互影响和干扰；

(4)传感器多以钢弦式和电阻式为主，不便于实现实时监控或实现实时监控的造价昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用于地铁联络通道冻结法施工的安装便捷、多点测试、实时显示、测试结果可靠、可应用于低温环境的孔隙水压力现场测试装置和方法。

为实现上述目的，一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，主要包括锥形头、尾管、连接管、孔隙水压力测试单元、分隔系统和外封系统。孔隙水压力测试单元由测试单元外罩、透水石、水压室、压力膜、气压室、排气管、压力管、温度传感器、温度传输线、排气管阀门、压力表和温度测读仪组成；分隔系统由分隔管、橡胶垫圈、保温层和连接螺栓组成；外封系统由膨胀袋、注浆管、注浆管接头组成。

测试装置的孔隙水压力测试单元、分隔系统、外封系统组成一个单点测试完整单元，单点测试单元为模块化结构，两端钢管内侧有连接丝扣，连接管钢管外侧有连接丝扣，根据需要，单个测试装置可以串联若干个单点测试完整单元；锥形头为钢制尖圆锥体结构，底部钢管外侧有连接丝扣；尾部头部钢管外侧有连接丝扣；锥形头、尾管、连接管、单点测试完整单元均通过连接丝扣连接。

测试单元外罩四周分布有圆形小孔，地层孔隙水通过小孔，经过透水石进入水压室；水压室与气压室由压力膜分隔开，压力膜为柔性不透水板；水压室内布置有温度传感器；同时，水压室内设有一根小直径排气管，在测试装置埋设初期将水压室内的空气排出，排气结束后通过排气管最外端阀门将排气管关闭；气压室内有小直径密封气压管，气压管末端连接压力表，直接显示孔隙水压力测试结果。

测试单元外罩底部内凹，内凹部分钢管为封闭结构，通过连接螺栓连接分隔管，分隔管与测试单元外罩钢管之间有橡胶垫圈，橡胶垫圈为低热传导系数材料；分隔系统的保温层为低热传导系数材料；膨胀袋为柔性不透水高强塑料，固定在分隔系统的连接螺栓上，膨胀袋内部有注浆管，在测试锥形头顶入到位后，通过注浆管接头连接注浆泵对膨胀袋注浆。

尾管的底部中心开孔，将排气管、温度传输线、压力管等引出。

一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试方法，步骤如下：

第一步、根据测试需要，决定安装测试单元的组数，并将锥形头、孔隙水压力测试单元、连接管、分隔系统、外封系统组装成完整的测试装置；

第二步、对盾构隧道混凝土管片钻孔，或直接利用管片注浆孔，将测试装置顶入预定位置；

第三步、对孔隙水压力测试单元的水压室排气。将排气管的阀门打开，将水压室内的空气排干净，直至有水流出为止，关闭阀门。

第四步、对膨胀袋注浆。利用注浆管接头连接外部注浆泵，利用注浆管对膨胀袋注入速凝水泥-水玻璃双液浆，直至设计压力为止，关闭注浆管阀门。

第五步、依第三步和第四步的顺序，将测试装置的所有水压室排气，对膨胀袋注浆饱满。

第六步、孔隙水压力和温度测试。将温度测读仪逐个接入温度传输线，记录测点位置编号、温度，并记录各个测点的外界压力表读数，获得测孔内不同位置的孔隙水压力值。

本发明的有益效果是：

(1)测试装置采用模块化设计，可以实现多点数据采集，一个管子可以采集不同围岩深度处的温度和孔隙水压力数据；

(2)测试装置沿围岩深度分段分隔，消除钢套管因热传递带来的温度影响；

(3)在测试装置外进行膨胀堵水处理，杜绝钢套管外地下水的串通；

(4)采用空气作为压力传递介质，减少低温影响，并能够实现实时显示孔隙水压力大小的目的；

(5)每一测点均同时采集孔隙水压力和温度数据，利于判释孔隙水压力变化的成因。

附图说明

下面结合附图对本发明的应用例作说明。

图1是本发明的剖面图。

图中：1—锥形头、2—测试单元外罩、3—透水石、4—温度传感器、5—温度传输线、6—气压室、7—压力管、8—排气管9—水压室、10—压力膜、11—连接螺栓、12—保温层、13—膨胀袋、14—注浆管、15—橡胶垫圈、16—连接管、17—尾管、18—连接丝扣、19—阀门、20—注浆管接头、21—压力表、22—温度测读仪、23—分隔管。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

附图所示，一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，主要包括锥形头1、尾管17、连接管16、孔隙水压力测试单元、分隔系统和外封系统。孔隙水压力测试单元由测试单元外罩2、透水石3、水压室9、压力膜10、气压室6、排气管8、压力管7、温度传感器4、温度传输线5、排气管阀门19、压力表21和温度测读仪22组成；分隔系统由分隔管23、橡胶垫圈15、保温层12和连接螺栓11组成；外封系统由膨胀袋13、注浆管14、注浆管接头20组成。

测试装置的孔隙水压力测试单元、分隔系统、外封系统组成一个单点测试完整单元，两端钢管内侧有连接丝扣18，连接管钢管外侧有连接丝扣18，锥形头底部钢管外侧有连接丝扣18；尾部头部钢管外侧有连接丝扣18；锥形头、尾管、连接管、单点测试完整单元均通过连接丝扣18连接。

实施例2，一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试方法如下：

第一步、组装孔隙水压力测试单元并通过连接螺栓11连接分隔系统和外封系统，利用连接丝扣18，和连接管16、锥形头1、尾管17组装成完整的测试装置；

第二步、通过锥形头1将测试装置顶入预定位置；

第三步、对孔隙水压力测试单元的水压室9排气。打开排气管8的阀门19，将水压室9内的空气排干净，然后关闭阀门19。

第四步、对膨胀袋13注浆。利用注浆管接头20连接外部注浆泵，利用注浆管14对膨胀袋13注入速凝水泥-水玻璃双液浆，将膨胀袋13完全涨开，从而隔绝孔隙水沿着测试装置钢管外部流动，然后关闭注浆管的阀门。

第五步、依第三步和第四步的顺序，将测试装置的所有水压室排气，对膨胀袋注浆饱满。

第六步、孔隙水压力和温度测试。将温度测读仪22逐个接入温度传输线5，记录测点位置编号、温度，并记录各个测点的压力表21读数，获得测孔内不同位置的孔隙水压力值。

Claims (8)

1.一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：包括锥形头、尾管、连接管、孔隙水压力测试单元、分隔系统和外封系统；

孔隙水压力测试单元由测试单元外罩、透水石、水压室、压力膜、气压室、排气管、压力管、温度传感器、温度传输线、排气管阀门、压力表和温度测读仪组成；

分隔系统由分隔管、橡胶垫圈、保温层和连接螺栓组成；

外封系统由膨胀袋、注浆管、注浆管接头组成；

测试装置的孔隙水压力测试单元、分隔系统、外封系统组成一个单点测试完整单元，单点测试完整单元为模块化结构，锥形头、尾管、连接管、单点测试完整单元均通过连接丝扣连接。

2.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：水压室与气压室由压力膜分隔开，压力膜为柔性不透水板。

3.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：分隔管与测试单元外罩钢管之间有橡胶垫圈，橡胶垫圈为低热传导系数材料。

4.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：分隔系统的保温层为低热传导系数材料。

5.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：膨胀袋为柔性不透水高强塑料，膨胀袋内部有注浆管。

6.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：气压室内有小直径密封气压管，气压管末端连接压力表。

7.根据权利要求1所述的一种地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试装置，其特征在于：水压室内设有一根小直径排气管。

8.一种采用权利要求1所述的地铁联络通道冻结法施工孔隙水压力现场测试方法，其特征在于，步骤如下：

第一步、根据测试需要，决定安装测试单元的组数，并将锥形头、孔隙水压力测试单元、连接管、分隔系统、外封系统组装成完整的测试装置；

第二步、对盾构隧道混凝土管片钻孔，或直接利用管片注浆孔，将测试装置顶入预定位置；

第三步、对孔隙水压力测试单元的水压室排气。将排气管的阀门打开，将水压室内的空气排干净，直至有水流出为止，关闭阀门。

第四步、对膨胀袋注浆。利用注浆管接头连接外部注浆泵，利用注浆管对膨胀袋注入速凝水泥-水玻璃双液浆，直至设计压力为止，关闭注浆管阀门。

第五步、依第三步和第四步的顺序，将测试装置的所有水压室排气，对膨胀袋注浆饱满。

第六步、孔隙水压力和温度测试。将温度测读仪逐个接入温度传输线，记录测点位置编号、温度，并记录各个测点的外界压力表读数，获得测孔内不同位置的孔隙水压力值。

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