CN113969804A - 一种隧洞管片外水压力监测装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧洞管片外水渗透压力的监测装置及所述装置的安装方法,本发明通过在管片混凝土浇筑前在钢筋笼上设置预埋套管，预埋套管有两个开口，一个开口在管片内侧，另一个开口在管片外侧，预埋套管内壁有螺纹，将土工布包裹的渗压计设置在空心尖头螺杆内部前端，空心尖头螺杆外壁设有螺纹，空心尖头螺杆外壁的螺纹与预埋套管内壁的螺纹配套使用，空心尖头螺杆连接螺杆推进器，通过推进器推动空心尖头螺杆沿着预埋套管内侧从管片内侧向管片外侧移动至空心尖头螺杆前端穿过管片外侧初凝的浆液，空心尖头螺杆上设置有进水孔，渗压计线缆连接二次仪表读取管片外水渗透压力值。

Description

一种隧洞管片外水压力监测装置及安装方法

技术领域

本发明涉及隧洞工程安全监测领域，具体涉及一种解决隧洞管片外水渗透压力的监测装置及安装方法。

背景技术

我国水资源分布不均匀，全国大部分地区需进行长距离隧洞输水，而隧洞输水需穿越不同复杂的地貌，为保证施工安全，需对施工过程中进行不同监测项目的安全监测，隧洞管片外水压力是必不可少的渗透压力监测，并且是重中之重，是确保隧洞盾构掘进施工安全的重要保障；在隧洞盾构掘进过程中，一般是六块管片拼装成一个圆柱体，多个圆柱体连接形成隧洞，隧洞内部铺设输水管道；随着管片的拼装及注浆，怎样有效及时的监测管片外水渗透压力是个难题。

管片外水渗透压力监测的难度主要体现在：难以确保渗压计在管片注浆过程中传感器不进浆液；难以在注浆初凝后有效的将渗压计穿越管片浆液；难以准确的将渗压计穿越管片安装在管片外侧指定部位；只有解决上述问题，才能准确地监测到隧洞管片外水渗透压力真实变化情况，确保盾构掘进的施工安全。

发明内容

本发明目的提供一种隧洞管片外水渗透压力的监测装置及所述装置的安装方法。

为实现以上目的，本发明技术方案为：

一种隧洞管片外水压力监测装置，包括预埋套管、渗压计、过滤材料、螺杆、集线盒、二次仪表；预埋套管及集线盒固定在管片的钢筋笼上，预埋套管内壁设置有螺纹；过滤材料包裹在渗压计的外部；螺杆内部空心，被过滤材料包裹的渗压计位于螺杆的内部前端；螺杆外壁设置有螺纹，螺杆外壁的螺纹与预埋套管内壁的螺纹配套使用，螺杆可沿着预埋套管内侧前后移动；螺杆上设置有进水孔；二次仪表连接渗压计的线缆读取隧洞管片外水压力值。

进一步的是，所述的预埋套管包括两个开口，其中一个开口位于管片外侧，另一个开口位于管片内侧。

进一步的是，所述的过滤材料为土工布。

进一步的是，所述螺杆为空心尖头螺杆，螺杆一端为尖头，被土工布包裹的渗压计位于螺杆内部靠近尖头的前端。

进一步的是，所述的螺杆内壁设置有螺纹，螺杆推进器与螺杆内壁的螺纹配套使用；螺杆推进器推动螺杆沿着预埋套管内侧从管片内侧向管片外侧移动。

进一步的是，所述的螺杆推进器上设置有螺杆标距，根据所述螺杆标距确定螺杆沿着预埋套管内侧的前进距离。

进一步的是，所述的集线盒部分被混凝土覆盖，集线盒包括一个开口，所述开口与管片内侧持平，渗压计的线缆通过所述开口汇集在集线盒内。

一种所述隧洞管片外水压力监测装置的安装方法，其特征在于包括以下步骤：

1、浇筑管片混凝土前，将预埋套管及集线盒固定在管片的钢筋笼上，并密封预埋套管及集线盒的开口；在混凝土浇筑后检查预埋套管及集线盒是否完好，如有偏差进行调整；管片运至安装现场前，清理预埋套管及集线盒开口处的混凝土及密封材料；

2、管片运至安装现场后，对预埋套管和集线盒进行检查，是否符合安装要求，若不符合进行修正；

3、管片拼装完成后，在预埋套管内填充土工布，并用堵头堵住预埋套管位于管片内侧的开口；

4、渗压计安装在螺杆内部前做饱和性试验，试验合格后用土工布将渗压计包裹严实，将被土工布包裹的渗压计安装在空心尖头螺杆的前端；

5、管片注浆初凝后，取出预埋套管内的土工布，并取下堵头，通过螺杆推进器将预装渗压计的螺杆沿着预埋套管的内部从管片内侧向管片外侧推进，螺杆部分穿过初凝的浆液；

6、渗压计推进至指定部位后，取下螺杆推进器，渗压计的线缆牵引至集线盒汇集，对渗压计进行编号；

7、渗压计的线缆按要求牵引至集线盒后，对预埋套管进行封堵；

8、将渗压计的线缆从集线盒取出并将线缆连接二次仪表，记录二次仪表上的数值。

本发明的有益效果是：

1.渗压计安装在空心尖头螺杆内，空心尖头螺杆预留进水孔，管片外侧水压力通过预留孔接触到渗压计传感器，能准确的反映管片外水压力。

2.在管片拼装完成后安装渗压计传感器时，管片注浆时浆液易流入渗压计传感器表面致仪器失效，本装置及安装方法能有效保护渗压计传感器，避免渗压计传感器损坏失效，节省费用成本；本发明所述的监测装置能确保渗压计在管片注浆过程中仪器不进浆液；能确保管片注浆初凝后有效的将渗压计穿透管片浆液；能够准确、及时、安全的将渗压计安装在管片外侧指定部位。

3.本发明能准确、及时的掌握管片外水渗透压力测值，为隧洞盾构掘进施工提供安全监测数据，反馈和指导隧洞盾构掘进施工，确保隧洞施工安全。

附图说明

图1为本发明示意图。

图2为本发明预埋套管示意图。

图3为本发明螺杆示意图。

图4为本发明螺杆推进器示意图。

图5为本发明预埋套管堵头示意图。

图中：预埋套管1、渗压计2、过滤材料3、螺杆4、集线盒5、管片6、进水孔7、螺杆推进器8、堵头9。

具体实施方式

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，隧洞管片外水压力的监测装置包括预埋套管1、渗压计2、过滤材料3、螺杆4、集线盒5、测读渗压计的二次仪表。

如图2所示，预埋套管1为不锈钢圆柱形套管，预埋套管1内壁设置有螺纹，管片6混凝土浇筑前将预埋套管1焊接在管片6的钢筋笼上。

渗压计2为监测渗透压力传感器。

过滤材料3为土工布，混凝土、浆液、泥土等不能穿过土工布，水能穿过土工布。

螺杆4为空心尖头螺杆，螺杆4内部空心，如图1所示，螺杆一端为尖头；螺杆4内外壁均刻有螺纹，整根螺杆外壁均刻有螺纹，隧洞管片外水压力的监测装置使用时，预埋套管1在螺杆4的外部，螺杆4外壁的螺纹与预埋套管1内壁的螺纹丝口配套使用，螺杆4可沿着预埋套管1的内侧移动，螺杆4包括尖头端及与尖头端相对的另一端。

土工布包裹在渗压计2的外面，用土工布将渗压计2包裹密实，杜绝浆液流入渗压计2，确保渗压计2的灵敏性。

被土工布包裹的渗压计2预装在空心尖头螺杆4的前端内部，如图1所示，具体是装在靠近尖头端的内部；被土工布包裹的渗压计2预装在空心尖头螺杆4的前端后，通过注入植筋胶实现渗压计2及土工布在螺杆4内部的固定。

本发明中，渗压计2预装至空心尖头螺杆4的前端内部之前，先将渗压计透水石取下，做饱和性实验，试验合格后再将渗压计2用土工布包裹后预装至空心尖头螺杆4前端内部。

在浇筑混凝土前，将集线盒5通过铁丝或钢筋绑扎在管片6的钢筋笼上，集线盒一般为PVC材质的盒体，集线盒包括开口，通过所述开口将渗压计2的线缆收纳在集线盒5内。

本发明中，在管片浇筑混凝土之前将预埋套管1两端的开口封堵，实际使用中是用胶带缠绕包裹住预埋套管1两端的开口，防止浇筑时混凝土进入预埋套管；同时，集线盒内部会填充沙子、集线盒外部亦用胶带缠绕包裹，防止浇筑时混凝土进入集线盒；混凝土浇筑后，检查预埋套管及集线盒是否完好符合使用要求。

螺杆4平口50mm内刻有螺纹，螺杆4与螺杆推进器8配套使用，整根螺杆4上设置多组进水孔7；如图3所示，螺杆4由上至下设置多组进水孔7，每组3～4个，进水孔直径约5mm，便于螺杆4内部的渗压计2接触管片外水，以监测管片外水渗透压力。

本发明中，六块管片拼装成一个圆柱体，多个圆柱体连接形成隧洞，隧洞内部设输水管道；本发明中，管片的内侧指管片朝向隧洞内部的一面，管片的外侧指管片朝向岩石或泥土的一面，管片外侧与泥土或岩石之间填充有浆液；预埋套管有两个开口，一个开口位于管片6的外侧，另一个开口位于管片6的内侧。

管片拼装需进行注浆，通过浆液填充管片外侧与泥土或岩石间的缝隙，及通过浆液填充管片间的缝隙；

螺杆推进器8，如图4所示，螺杆推进器8外壁刻有螺纹，螺杆推进器8外壁的螺纹与螺杆4内壁的螺纹配套使用；当螺杆4无法深入至管片外侧时，手动旋转螺杆推进器8，螺杆推进器8外壁的螺纹配合空心尖头螺杆4内壁的螺纹使空心尖头螺杆4沿着预埋套管1的内侧从管片内侧向管片外侧移动，通过螺杆推进器8的旋转使装有渗压计2的螺杆4部分穿过管片外侧与泥土或岩石之间的初凝的浆液。

根据隧洞所处的地质环境，螺杆4的尖头穿过初凝的浆液后接触的是隧洞外的泥土或岩石。

本发明中，混凝土浇筑完成后、管片拼装前，对预埋套管1及集线盒5进行清理，通过专用工具找到预埋套管1及集线盒5，清除预埋套管1两端开口处的混凝土及胶带，并且清除集线盒内的沙子及集线盒开口处的混凝土及胶带；拼装后、在注浆前将预埋套管1内塞满土工布，以防止注浆过程中浆液从预埋套管位于管片外侧的开口进入预埋套管，同时，预埋套管1位于管片内侧的开口用专用配套堵头9封堵，避免注浆过程中土工布从预埋套管内脱落导致漏浆；如图5所示，堵头9一般是不锈钢材质制作，与预埋套管开口配套使用。

管片注浆初凝后，取出预埋套管1内的土工布及取下堵头9，螺杆推进器8将预装好渗压计2的螺杆4推至指定埋设部位，螺杆4尖头端穿过初凝的浆液，推进至指定部位后将螺杆推进器8取出，将渗压计线缆汇集至集线盒5内，然后向预埋套管1内注入植筋胶，再向预埋套管内灌入速干水泥对预埋套管1进行封堵，避免预埋套管1封堵不严实导致渗压计无法准确的监测管片外水渗透压力。

在螺杆推进器8上设置有螺杆标距，事先根据预埋套管1的长度、螺杆4的长度、初凝浆液的厚度计算出螺杆4穿过初凝的浆液接触隧洞外的泥土或岩石需前进的距离，进而计算出螺杆推进器8的推进距离；然后再通过螺杆推进器8推进螺杆4沿着预埋套管内侧前进；根据螺杆标距将渗压计2推进至指定部位，浆液初凝后主要靠螺杆推进器8将空心尖头螺杆4穿过初凝的浆液，将渗压计2推进至指定部位。

本发明中，集线盒5部分被混凝土覆盖，集线盒5的开口未被混凝土覆盖，集线盒5的开口与管片6的内侧持平；渗压计2安装完成后，将渗压计2的线缆从预埋套管1位于管片内侧的开口牵引至集线盒5收集；

当需采集管片外水压力值时，工作人员携带二次仪表进入隧洞，二次仪表位于输水管道外、隧洞内部，工作人员将渗压计2的线缆从集线盒5取出，并将渗压计2的线缆连接二次仪表，通过二次仪表读取管片外水压力数据；数据采集完毕后，再将渗压计2的线缆收入集线盒5；后期可对本发明进行改进，由人工监测改为自动监测，将渗压计接入MCU数据采集装置实时传输至监测自动化信息管理系统，以实现实时监测。

本发明中六块管片拼装成一个圆柱体，所述圆柱体为一环管片，可在一环管片上布置两个或三个隧洞管片外水压力监测装置，一般是在一环管片上方的管片及侧边的管片上均设置隧洞管片外水压力监测装置；根据地质情况，可沿着隧洞间隔几百米设置隧洞管片外水压力监测装置，当设置有多个所述监测装置时，需对各监测装置的渗压计进行编号。

本发明中，管片预埋套管1、空心尖头螺杆4、螺杆推进器8、预埋套管堵头9均采用不锈钢材料。

本发明还提供一种所述隧洞管片外水压力监测装置的安装方法，包括如下步骤：

①浇筑管片混凝土前，在管片钢筋笼上焊接带有螺纹的预埋套管1，将集线盒5用铁丝或钢筋固定在钢筋笼上；用胶带缠绕包裹预埋套管1的两端开口，在集线盒5内填充沙子，并用胶带缠绕包裹集线盒外部，防止浇筑时混凝土进入预埋套管1及集线盒5内；在混凝土浇筑后检查预埋套管1及集线盒5是否完好，如有偏差需及时进行调整，重新固定预埋套管1及集线盒5或重新浇筑混凝土；管片运至安装现场前，通过专用工具找到预埋套管1及集线盒5，清理预埋套管1两端开口处的混凝土及胶带，清理集线盒内的沙子及集线盒开口处的混凝土及胶带；

②管片运至安装现场后，安排监测人员对预埋套管和集线盒进行检查，是否符合安装要求，若不符合及时进行更换；

③管片拼装完成后，在预埋套管1内里塞满土工布，并用堵头9堵住预埋套管1位于管片内侧的开口，避免浆液流出及浆液堵住预埋套管1；

④渗压计2安装前需做饱和性试验，将渗压计前端透水石取下，浸泡在水中2小时以上，用土工布将渗压计2包裹严实，将被土工布包裹的渗压计2安装在空心尖头螺杆4的前端；

⑤管片注浆初凝后，取出预埋套管1内的土工布，并取下堵头9，通过螺杆推进器8将预装好渗压计2的空心尖头螺杆4沿着预埋套管1的内部从管片内侧向管片外侧推进，根据螺杆标距将渗压计2推进至指定部位，浆液初凝后主要靠螺杆推进器将空心尖头螺杆4穿过初凝的浆液，将渗压计2推进至指定部位；

⑥渗压计2推进至指定部位后，取出螺杆推进器8，渗压计2的线缆按要求牵引至集线盒5，对多个管片上的渗压计2进行编号；

⑦渗压计2的线缆按要求牵引至集线盒5后，及时用专用封堵材料对预埋套管1进行封堵；所述的专用封堵材料是植筋胶及速干水泥，先向预埋套管内注入植筋胶，再向预埋套管内灌入速干水泥对预埋套管1进行封堵。

⑧将渗压计2的线缆从集线盒5取出并将线缆连接二次仪表，及时记录二次仪表上的数值。

最后应说明的是：本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于包括预埋套管(1)、渗压计(2)、过滤材料(3)、螺杆(4)、集线盒(5)、二次仪表；预埋套管(1)及集线盒(5)固定在管片(6)的钢筋笼上，预埋套管(1)内壁设置有螺纹；过滤材料(3)包裹在渗压计(2)的外部；螺杆(4)内部空心，被过滤材料(3)包裹的渗压计(2)位于螺杆(4)的内部前端；螺杆(4)外壁设置有螺纹，螺杆(4)外壁的螺纹与预埋套管(1)内壁的螺纹配套使用，螺杆(4)可沿着预埋套管(1)内侧前后移动；螺杆(4)上设置有进水孔(7)；二次仪表连接渗压计(2)的线缆读取隧洞管片外水压力值。

2.如权利要求1所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述的预埋套管(1)包括两个开口，其中一个开口位于管片(6)的外侧，另一个开口位于管片(6)内侧。

3.如权利要求1所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述的过滤材料(3)为土工布。

4.如权利要求1或3所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述螺杆(4)为空心尖头螺杆，螺杆(4)一端为尖头，被土工布包裹的渗压计(2)位于螺杆(4)内部靠近尖头的前端。

5.如权利要求1所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述的螺杆(4)内壁设置有螺纹，螺杆推进器(8)与螺杆(4)内壁的螺纹配套使用；螺杆推进器(8)推动螺杆(4)沿着预埋套管(1)内侧从管片内侧向管片外侧移动。

6.如权利要求1所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述的螺杆推进器(8)上设置有螺杆标距，根据所述螺杆标距确定螺杆(4)沿着预埋套管(1)内侧的前进距离。

7.如权利要求1所述的隧洞管片外水压力监测装置，其特征在于所述的集线盒(5)部分被混凝土覆盖，集线盒(5)包括一个开口，所述开口与管片内侧持平，渗压计(2)的线缆通过所述开口汇集在集线盒(5)内。

8.一种安装权利要求1-7中任一权利要求所述的隧洞管片外水压力监测装置的方法，其特征在于包括以下步骤：

①浇筑管片混凝土前，将预埋套管(1)及集线盒(5)固定在管片(6)的钢筋笼上，并密封预埋套管(1)及集线盒(5)的开口；在混凝土浇筑后检查预埋套管(1)及集线盒(5)是否完好，如有偏差进行调整；管片(6)运至安装现场前，清理预埋套管(1)及集线盒(5)开口处的混凝土及密封材料；

②管片(6)运至安装现场后，对预埋套管(1)和集线盒(5)进行检查，是否符合安装要求，若不符合进行修正；

③管片(6)拼装完成后，在预埋套管(1)内填充过滤材料(3)，并用堵头(9)堵住预埋套管(1)位于管片内侧的开口；

④渗压计(2)安装在螺杆(4)内部前做饱和性试验，试验合格后用过滤材料(3)将渗压计(2)包裹严实，将被滤材料(3)包裹的渗压计(2)安装在空心尖头螺杆(4)的前端；

⑤管片注浆初凝后，取出预埋套管(1)内的土工布，并取下堵头(9)，通过螺杆推进器(8)将预装渗压计(2)的螺杆(4)沿着预埋套管(1)的内部从管片内侧向管片外侧推进，螺杆(4)部分穿过初凝的浆液；

⑥渗压计(2)推进至指定部位后，取下螺杆推进器(8)，渗压计(2)的线缆牵引至集线盒(5)汇集，对渗压计(2)进行编号；

⑦渗压计(2)的线缆按要求牵引至集线盒(5)后，对预埋套管1进行封堵；

⑧将渗压计(2)的线缆从集线盒(5)取出并将线缆连接二次仪表，记录二次仪表上的数值。

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