CN113863954A - 双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构隧道技术领域，具体公开了一种双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，包括焊接管片的钢筋骨架，在钢筋骨架上安装钢筋应力计，将钢筋骨架放入钢模板内，在管片的边缘与浇筑口之间的位置预埋安装土压力计、渗压力计和混凝土应变计，在管片的内弧面预埋安装线缆套管，浇筑混凝土完成管片的预制，安装管片至隧道现场，在管片的线缆套管外连接外接套管，并将外接套管固定在二衬钢筋上，浇筑二衬混凝土完成二衬施工。本发明可以有效解决盾构施工期间管片结构健康监测及二衬施工问题，并可在施工、运营阶段进行监测，实现了在盾构隧道全生命周期内进行管片结构健康监测。

Description

双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法

技术领域

本发明涉及盾构隧道技术领域，尤其涉及一种双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法。

背景技术

盾构法隧道施工采用盾构机掘进，刀盘在前方切屑地层，盾体内安装管片进行支护。大直径盾构普遍设计有现浇二次混凝土结构，统称二衬。大直径盾构一般用于双线轨道交通、公路隧道。其施工流程为：先预制混凝土管片、安装管片至隧道现场，进行二衬现浇。大直径盾构一般采用通用型管片，即只有一套钢模板，管片一般包含一个小尺寸封顶块、两个邻接块和若干个标准块组成。

以往盾构隧道管片监测只应用于隧道掘进施工阶段，在二衬施工阶段和运营阶段拆除，停止监测，起不到长期监测的目的。或者采用后期在隧道结构表面安装光栅光纤传感器，但无法对管片内部受力情况进行监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，以实现在盾构隧道全生命周期内进行管片结构健康监测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，包括以下步骤：

S1.焊接管片的钢筋骨架，在钢筋骨架上安装钢筋应力计；

S2.将钢筋骨架放入钢模板内，在管片的边缘与浇筑口之间的位置预埋安装土压力计、渗压力计和混凝土应变计，在管片的内弧面预埋安装线缆套管；

S3.浇筑混凝土完成管片的预制；

S4.安装管片至隧道现场，在管片的线缆套管外连接外接套管，并将外接套管固定在二衬钢筋上；

S5.浇筑二衬混凝土完成二衬施工。

优选的，所述步骤S2中，土压力计预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起2/3、左端起1/4的位置。

优选的，所述步骤S2中，渗压力计预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起1/3、左端起1/4的位置。

优选的，所述步骤S2中，混凝土应变计包括外弧面混凝土应变计和内弧面混凝土应变计，外弧面混凝土应变计预埋安装在靠近管片外弧面处，且位于管片后端起1/3、左端起1/3的位置，内弧面混凝土应变计预埋安装在靠近管片内弧面处，且位于管片后端起2/3、左端起1/3的位置。

优选的，各传感器之间至少错开一个钢筋的间距，各传感器与管片预留孔之间至少错开一个钢筋的间距。

优选的，所述步骤S2中，线缆套管的外端安装有线缆套管保护盖，所述步骤S4中，安装管片至隧道现场后，取下线缆套管保护盖，连接外接套管，外接套管的外端安装有外接套管保护盖。

优选的，所述步骤S5之后，待二衬混凝土浇筑拆卸模板后，将外接套管保护盖钻两个通孔，一个用于传感器线缆走线，将传感器线缆连接至隧道采集箱，另一个用于安装预留注浆管。

优选的，通过预留注浆管向外接套管和线缆套管内注浆封堵。

优选的，所述步骤S3之前，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常，所述步骤S3之后，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常。

优选的，所述步骤S5之后，对各传感器进行数据采集，核实传感器是否正常。

本发明的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法通过在盾构管片断面上非对称式布置方式，采用顶部、底部、水平两点、左上、右上、左下、右下特定位置预埋安装土压力计、渗压力计、筋应力计、混凝土应变计传感器，不同传感器安装在单片管片中特定位置，起到在尽量减少传感器布置数量的情况下，对管片多个位置进行监测。在浇筑管片混凝土及管片现场安装期间通过线缆套管进行储藏传感器线缆，隧道二衬施工时通过连接套管储存传感器线缆，二衬施工完毕后正式连接固定线缆。本发明可以有效解决盾构施工期间管片结构健康监测及二衬施工问题，并可在施工、运营阶段进行监测，实现了在盾构隧道全生命周期内进行管片结构健康监测。方法简单、有效，并且成本低，对传感器线缆保护效果好。

附图说明

图1为本发明实施例中单片管片传感器安装俯视图；

图2为本发明实施例中单片管片传感器安装沿径向剖面图；

图3为本发明实施例中单片管片传感器安装隧道中线方向剖面图；

图4为本发明实施例中单片管片传感器线缆套管与外接套管连接状态图。

图中，1：管片外弧面；2：管片内弧面；3：管片；4：管片预埋孔位；11：土压力计；21：外弧面混凝土应变计；22：内弧面混凝土应变计；31：外弧面钢筋计；32：内弧面钢筋计；40：渗压计；51：预埋线缆套管；53：套管连接件；54：外接套管；55：外接套管保护盖；56：预留注浆管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1-4所示，本实施例的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法包括以下步骤：

S1.焊接管片的钢筋骨架，在钢筋骨架上安装钢筋应力计，这样可以通过钢模板来定位传感器安装标高、位置；

钢筋应力计可以包括外弧面钢筋应力计31和内弧面钢筋应力计32，外弧面钢筋应力计31安装于靠近管片外弧面1，用于监测管片3内部靠近外弧面位置钢筋应力情况，内弧面钢筋应力计31安装于靠近管片内弧面2，用于监测管片内部靠近内弧面位置钢筋应力情况。钢筋应力计采用尼龙扎带及铁丝固定于钢筋骨架上。

S2.将钢筋骨架放入钢模板内，在管片的边缘与浇筑口之间的位置预埋安装土压力计11、渗压力计40和混凝土应变计，在管片的内弧面预埋安装线缆套管51；

对于整环管片而言，隧道下部一般是用于排水腔、电缆沟腔，使用回填混凝土较多，因此此位置设计预埋的传感器较少。因05封顶块尺寸较小，05封顶块内不安装传感器。对于整环管片端面而言，传感器安装于受力特点突出的位置，如顶部、底部、水平两点、左上、右上、左下、右下。管片预制普遍浇筑采用钢模板，管片钢筋骨架外弧面向上、内弧面向下放置于钢模板内，钢模板上表面中间留有浇筑口用于混凝土下料，因此传感器尽量远离下料口位置，避免混凝土冲击损坏传感器。管片预制后起吊管片一般使用真空吸盘吸取管片外弧面进行吊运。大直径管片在隧道内安装时，一般使用真空吸盘吸取管片内弧面进行拼装。基于以上盾构管片预制、拼装工艺，确定传感器安装位置原则为：尽量避免混凝土浇筑口位置、真空吸盘间交界面位置。

大直径盾构管片普遍采用2m环宽设计，内弧面设计真空吸盘吊装定位孔。盾构管片一般设计有沿管片径向方向、隧道中线方向的螺栓孔。管片内弧面设计有注浆预埋孔，用于后期二次注浆。在本实施例中管片常规设计的各种孔位统称为管片预埋孔位4。

本实施例中，首先将单片管片划分区域，已确定方向，在管片平面俯视图中，即图2，沿盾构掘进方向，与盾构油缸接触的端面为后端即图2上部，远离盾构油缸一侧端面为前端即图2下部。

对于单块管片而言，传感器安装于管片两侧与浇筑口之间位置，管片边缘位置受力复杂、管片预埋孔位多，对传感器影响多。

土压力计11预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起2/3、左端起1/4的位置，与开挖面接触，用于监测管片外部外界土压力。

渗压力计40预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起1/3、左端起1/4的位置，安装后与开挖面接触，用于监测管片外部外界水压力。

混凝土应变计包括：外弧面混凝土应变计21和内弧面混凝土应变计22，外弧面混凝土应变计21预埋安装在靠近管片外弧面处，且位于管片后端起1/3、左端起1/3的位置，用于监测管片内部靠近外弧面位置混凝土的应变情况，内弧面混凝土应变计22预埋安装在靠近管片内弧面处，且位于管片后端起2/3、左端起1/3的位置，用于监测管片内部靠近外弧面位置混凝土的应变情况。

上述传感器的位置为本实施例优选的测量效果好的位置，也可以适当调整，不是必须按照1/3、2/3、1/4的准确位置，可以是对应位置的附近一定范围，如土压力计11位于管片后端起2/3的位置，其范围可以扩展为管片后端起1/2至5/6之间的位置。

各传感器之间至少错开一个钢筋的间距，一般为150mm-200mm，以减小管片中传感器相互影响，各传感器与管片预留孔之间至少错开一个钢筋的间距。

线缆套管51采用优质尼龙材料，线缆套管51的外端(即下端)安装有线缆套管保护盖，线缆套管51下端带有内螺纹，内螺纹可减小管片浇筑对线缆套管51影响，并用以安装线缆套管保护盖。线缆套管51后期可以通过套管连接件53与外接套管54连接。线缆套管51安装于传感器尺寸小、数量多的位置，以减小相互影响。线缆套管51安装于管片内弧面2，且与管片外弧面1保有足够距离，以防止线缆套管51位置渗漏水。传感器线缆通过线缆套管51上端的开口处储存于线缆套管51内，将线缆套管保护盖安装至线缆套管51下端，线缆套管51上端的开口处做好防水处理，并固定。线缆套管51下端固定于管片内弧面2。

S3.浇筑混凝土完成管片的预制；

管片混凝土浇筑前，检查各传感器、51线缆套管固定是否牢固，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常，管片混凝土浇筑后，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常。然后，管片养护达到龄期运至现场待拼装。

S4.安装管片至隧道现场，在管片的线缆套管外连接外接套管，并将外接套管固定在二衬钢筋上；

所述步骤S4中，安装管片至隧道现场后，取下线缆套管保护盖，连接外接套管，外接套管的外端安装有外接套管保护盖。管片拼装至隧道后，即可拧开线缆套管保护盖进行现场监测，待隧道现浇二衬安装模板前，使用套管连接件53连接线缆套管51与外接套管54，外接套管54两端都带有内螺纹，将传感器线缆存于外接套管内54，并安装外接套管保护盖55，检查密封情况，将外接套管54固定于二衬钢筋上。

S5.浇筑二衬混凝土完成二衬施工。

待二衬混凝土浇筑拆卸模板后，将外接套管保护盖钻两个通孔，一个用于传感器线缆走线，将传感器线缆连接至隧道采集箱，另一个用于安装预留注浆管56。通过预留注浆管56向外接套管54和线缆套管51内注浆封堵，防止后期传感器线缆位置发生渗漏水。浇筑二衬混凝土完成二衬施工完成后，对各传感器进行数据采集，核实传感器是否正常。

待二衬混凝土浇筑拆卸模板后，拆下外接套管保护盖55，将外接套管保护盖55钻两个眼，将线缆从其中一个钻眼中穿出，另一个钻眼安装预留注浆管56，将传感器线缆从其中一个钻眼中穿出后固定于二衬表面，进行一次数据采集，核实传感器是否正常，将传感器线缆正式安装至采集箱，通过预留注浆管56，向线缆套管51、套管连接件53、外接套管54内注浆封堵，防止后期渗漏水。

通过选择旋转封顶块的安装位置，达到隧道转弯的目的。通过选定封顶块在点位特定的对应12小时时钟的4点位位置，使各块管片位置更利于安装传感器。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.焊接管片的钢筋骨架，在钢筋骨架上安装钢筋应力计；

S2.将钢筋骨架放入钢模板内，在管片的边缘与浇筑口之间的位置预埋安装土压力计、渗压力计和混凝土应变计，在管片的内弧面预埋安装线缆套管；

S3.浇筑混凝土完成管片的预制；

S4.安装管片至隧道现场，在管片的线缆套管外连接外接套管，并将外接套管固定在二衬钢筋上；

S5.浇筑二衬混凝土完成二衬施工。

2.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S2中，土压力计预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起2/3、左端起1/4的位置。

3.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S2中，渗压力计预埋安装在管片的外弧面表面，且位于管片后端起1/3、左端起1/4的位置。

4.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S2中，混凝土应变计包括外弧面混凝土应变计和内弧面混凝土应变计，外弧面混凝土应变计预埋安装在靠近管片外弧面处，且位于管片后端起1/3、左端起1/3的位置，内弧面混凝土应变计预埋安装在靠近管片内弧面处，且位于管片后端起2/3、左端起1/3的位置。

5.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，各传感器之间至少错开一个钢筋的间距，各传感器与管片预留孔之间至少错开一个钢筋的间距。

6.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S2中，线缆套管的外端安装有线缆套管保护盖，所述步骤S4中，安装管片至隧道现场后，取下线缆套管保护盖，连接外接套管，外接套管的外端安装有外接套管保护盖。

7.根据权利要求6所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S5之后，待二衬混凝土浇筑拆卸模板后，将外接套管保护盖钻两个通孔，一个用于传感器线缆走线，将传感器线缆连接至隧道采集箱，另一个用于安装预留注浆管。

8.根据权利要求7所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，通过预留注浆管向外接套管和线缆套管内注浆封堵。

9.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S3之前，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常，所述步骤S3之后，对各传感器进行依次数据采集，核实各传感器是否正常。

10.根据权利要求1所述的双层衬砌大直径盾构隧道管片健康监测布置方法，其特征在于，所述步骤S5之后，对各传感器进行数据采集，核实传感器是否正常。

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