CN117231251A - 混凝土管片及内力监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种混凝土管片，属于盾构混凝土管片技术领域。本申请包括：混凝土管片，和安装在混凝土管片中的压力传感器、应力传感器和测点瓶；应力传感器设置安装于混凝土管片内部的上下内外弧面上；压力传感器设置安装于混凝土管片内部的外弧面上；测点瓶为一个通孔瓶，测点瓶设置安装于混凝土管片内部侧壁上，测点瓶的下端口紧贴混凝土管片内侧壁。通过将压力传感器和应力传感器设置在混凝土管片内部，可以实时监测管片内部的压力和应力变化，为管片的安全性和稳定性提供重要的数据支持；通过设置测点瓶，成型后的管片能快速准确查找到出线端口预留装置，取出预留电缆线端进行数据采集，有效的提高了作业效率。

Description

混凝土管片及内力监测方法

技术领域

本申请属于隧道内力监测技术领域，更具体地说涉及一种混凝土管片及内力监测方法。

背景技术

盾构施工技术是世界上隧道施工工法中最先进的施工技术之一，盾构机械能够在地下进行连续施工，避免了开挖掘进过程中的地面塌方和地下水渗漏等问题。盾构施工技术具有高效、安全、环保等优点，能够快速完成大规模隧道工程的建设，能够在不同的地层中施工，对各种地层的适应能力极强。

在进行盾构掘进时，地层的复杂性会给施工带来了极高的风险和危险性。在海底进行盾构施工时：软硬地层的存在意味着盾构机械需要在不同的地质条件下进行掘进，对机械设备的稳定性和掘进效率要求较高；透水砂层会增加施工的复杂性和风险；球状风化体的形状不规则且容易破碎，会给盾构机械的切削和掘进带来了极大的困难。由于这些复杂地质条件的存在，盾构施工的风险很高，一旦发生事故，可能导致严重的人员伤亡和财产损失。

在进行盾构掘进时，需要监测隧道管片在地层作用下承受的内力情况，通过实时监测和分析管片的内力变化，可以及时发现潜在的安全隐患，并采取相应的措施进行修复和加固，确保施工的安全和顺利进行。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本申请专利提供了一种混凝土管片及内力监测方法，能够及时监测和分析隧道混凝土管片的内力变化，为施工的安全和稳定提供重要的数据支持。

第一方面，本申请提供了一种混凝土管片，包括：混凝土管片，和安装在混凝土管片中的压力传感器、应力传感器和测点瓶；

应力传感器设置安装于混凝土管片内部的上下内外弧面上；

压力传感器设置安装于混凝土管片内部的外弧面上；

测点瓶为一个通孔瓶，测点瓶设置安装于混凝土管片内部侧壁上，测点瓶的下端口紧贴混凝土管片内侧壁；

压力传感器与应力传感器的检测电缆穿过测点瓶的上端口，放置于测点瓶中；在测点瓶的上端口处设置有密封圈。

通过将压力传感器和应力传感器设置在混凝土管片内部，可以实时监测混凝土管片内部的压力和应力变化，为隧道的安全性和稳定性提供重要的数据支持；通过设置测点瓶，成型后的混凝土管片能快速准确查找到出线端口预留装置，取出预留电缆线端进行数据采集，有效的提高了作业效率。

进一步可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，上述测点瓶内部设置有填充物；上述填充物可以为棉纱、土工布、泡棉。通过设置这些填充物，可以起到一定的缓冲和保护作用，避免测点瓶内部的导线收到外界振动和冲击的影响，提高传感器的稳定性和可靠性。

进一步可选的，在第一方面的一种可能的实现方式中，上述测点瓶的外壁上设置粘贴有防水胶布。

通过粘贴防水胶布在测点瓶的外壁上，通过防水胶布可以有效地防止水分渗入测点瓶内部，提高装置的防水性能，保护传感器和电缆不受水的影响。

可以理解的，上述技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

第二方面，本申请提供了一种内力监测方法，此内力监测方法适用于上述混凝土管片中，该内力监测方法包括以下步骤：

步骤1：通过监测环片测量隧道所受内力的实际测量值，其中所述监测环片是将所述混凝土管片设置在隧道内的监测点位置处得到的；

通过分析地质纵剖面的地质情况，了解地质层的性质、岩性、断裂带、地下水位等信息，确定可能存在的地质风险和变化，拟定隧道里程内需要布置的监测点；通过在监测点进行有效监测，可以及时掌握地质情况的变化，为施工提供重要的参考和决策依据，确保施工的安全和顺利进行；通过将压力传感器和应力传感器设置在混凝土管片内部，可以实时监测混凝土管片内部的压力和应力变化，且通过混凝土管片制作组成监测环片，通过测读的监测环片上的各应力传感器和压力传感器的实际测量值，用于后续的分析，为隧道的安全性和稳定性提供重要的数据支持；

步骤2：基于分析预测模型预测所述隧道所受内力，得到所述隧道所受内力的预测值，其中所述分析预测模型由应力、压力和时间所构成的数据回归关系曲线建立；

通过应力传感器测量得到管片的应力变化，将在不同时间点的监测到应力变化的数据收集，通过对数据进行回归分析，建立应力与时间的回归曲线；同样的，通过压力传感器测量得到管片的压力变化，将在不同时间点的监测到压力变化的数据收集，通过对数据进行回归分析，建立压力与时间的回归曲线；通过建立应力与时间的回归曲线和压力与时间的回归曲线，可以更准确地分析隧道内的内力变化，且能够得到未来一定时间内所述隧道所受内力的预测值，这能够为施工的安全和稳定提供重要的数据支持，并帮助工程师做出相应的决策和调整；

步骤3：对比所述实际测量值和所述预测值，得到对比结果，其中所述对比结果用于监测所述隧道所受内力的受力情况；

通过建立的分析预测模型，可以对隧道内力的发展进行预测，并通过对比实际量测数据与预测结果，对隧道的稳定性做出判断。如果实际量测数据与预测结果一致或相近，说明隧道的内力发展符合预期，隧道结构稳定；如果实际量测数据与预测结果有较大差异，可能存在隧道结构的变形或不稳定情况，需要及时采取相应的措施。

进一步可选的，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述内力监测方法还包括：

基于灰色预测分析法对所述隧道所受内力进行分析，得到所述隧道所受内力的分析值；

所述步骤3具体包括：对比所述实际测量值、所述预测值和所述分析值，得到所述对比结果。

通过灰色预测分析法根据已有的量测数据，得到所述隧道所受内力的分析值，进一步的对隧道内力地发展做出预测，并据此对隧道和围岩的受力状态和稳定性做出判断。通过灰色预测分析法结合分析预测模型，共同分析混凝土管片的内力变化情况，能够为施工的安全和稳定提供重要的数据支持，并帮助工程师做出相应的决策和调整。

进一步可选的，在第二方面的一种可能的实现方式中，在步骤1之前，所述内力监测方法还包括：在所述混凝土管片的制作环节过程中，对其进行检测。

通过在混凝土管片制作的流程中对应力传感器与压力传感器进行测试，可以保证测量数据的准确性。这对于监测混凝土管片的压力和应力变化非常重要，能够为施工的安全和稳定提供重要数据支持。

进一步可选的，在第二方面的一种可能的实现方式中，所述监测环片是由6个混凝土管片组成，每个所述混凝土管片上的应力传感器与压力传感器都设置有不同的编号。

通过将每个混凝土管片上的应力传感器和压力传感器进行编号，可以更方便地对拼装后的管片进行量测，并获取管片的压力和应力变化数据，更准确地进行数据的回归分析，判断隧道的内力状态。

本申请的有益效果：本申请通过设置应力传感器和压力传感器在混凝土管片内部，可以实时监测管片内部的压力和应力变化，并且通过建立分析预测模型，利用灰色预测分析法，预测管片内力的发展趋势，通过对比实际量测数据与预测结果，判断隧道的稳定性，及时掌握地质情况的变化，为施工提供重要的参考和决策依据。本申请比常规的预制管片监测元件安装方法简单、快捷、防护效果更明显，提高了监测传感器元件安装成活率，具有实用性和经济性，能够提高施工的安全性和稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为本申请中混凝土管片的内部截面结构示意图；

图2为本申请中测点瓶的结构示意图；

图3为本申请中内力监测方法的流程结构示意图；

图4为本申请中监测环片的截面结构示意图；

图5为本申请中应力传感器的正常分析预测模型示意图；

图6为本申请中应力传感器的反常分析预测模型示意图。

附图标记：1-混凝土管片、2-应力传感器、3-压力传感器、4-测点瓶、401-密封圈、402-填充物。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本申请进一步详细说明。

如图1-2所示，本申请提供了一种混凝土管片，包括：混凝土管片1，与设置混凝土管片1中的压力传感器2、应力传感器3和测点瓶4；

应力传感器2设置有两个，分别安装于混凝土管片1内部的上下内外弧面上；通过该应力传感器2对管片内混凝土内部的应力应变并兼测温度监测，并以此来判断管片所承受的结构内力变化情况。

压力传感器3设置安装于混凝土管片1内部的外弧面上；通过压力传感器3对混凝土管片1的接触面所产生的压力进行监测，并以此来判断围岩对管片所产生的压力变化情况。

测点瓶4为一个通孔瓶，测点瓶设置安装于混凝土管片1内部侧壁上，测点瓶4的下端口紧贴混凝土管片1内侧壁；该应力传感器2与压力传感器3的检测电缆穿过测点瓶4的上端口，放置于测点瓶4中；在测点瓶4的上端口处设置有密封圈401。

本申请方案通过将应力传感器2和压力传感器3设置在混凝土管片1的内部，可以实时监测混凝土管片1内部的压力和应力变化，为隧道的安全性和稳定性提供重要的数据支持；通过设置测点瓶4，成型后的混凝土管片1能快速准确查找到出线端口预留装置，取出预留电缆线端进行数据采集，有效的提高了监测作业的效率。

具体可选的，在测点瓶4内部设置有填充物402；该填充物402可以为棉纱、土工布、泡棉等。通过设置填充物402，可以起到一定的缓冲和保护作用，避免测点瓶4内部的导线收到外界振动和冲击的影响，提高传感器的稳定性和可靠性。

具体可选的，在测点瓶4的外壁上设置粘贴有防水胶布。通过粘贴防水胶布在测点瓶4的外壁上，通过防水胶布可以有效地防止水分渗入测点瓶内部，提高装置的防水性能，保护传感器和电缆不受水的影响。

如图3-5所示，一种内力监测方法，此方法适用于上述带有内力监测功能的混凝土管片中，该内力监测方法包括以下步骤：

步骤1：通过监测环片测量隧道所受内力的实际测量值，其中所述监测环片是将所述混凝土管片设置在隧道内的监测点位置处得到的；

在海底盾构施工时，通过的地层复杂，软硬地层均存在，部分地段穿越透水砂层，还存在球状风化体等情况，因此需要通过分析地质纵剖面的地质情况，拟定隧道里程内需要布置的监测点；通过在监测点进行有效监测，可以及时掌握地质情况的变化，为施工提供重要的参考和决策依据，确保施工的安全和顺利进行；通过将压力传感器和应力传感器设置在混凝土管片内部，可以实时监测管片内部的压力和应力变化，且通过监测混凝土管片组成监测环片，测读的监测环片上的各应力传感器和压力传感器的实际测量值，用于后续的分析，为隧道的安全性和稳定性提供重要的数据支持。

步骤2：基于分析预测模型预测所述隧道所受内力，得到所述隧道所受内力的预测值，其中所述分析预测模型由应力、压力和时间所构成的数据回归关系曲线建立；基于灰色预测分析法对所述隧道所受内力进行分析，得到所述隧道所受内力的分析值；

通过应力传感器测量得到管片的应力变化，将在不同时间点的监测到应力变化的数据收集，通过对数据进行回归分析，建立应力与时间的回归曲线；同样的，通过压力传感器测量得到管片的压力变化，将在不同时间点的监测到压力变化的数据收集，通过对数据进行回归分析，建立压力与时间的回归曲线；通过建立应力与时间的回归曲线和压力与时间的回归曲线，可以更准确地分析隧道内的内力变化，且能够得到未来一定时间内所述隧道所受内力的预测值，这能够为施工的安全和稳定提供重要的数据支持，并帮助工程师做出相应的决策和调整。

如图5所示，展示了根据应力传感器的测量数据所建立的分析预测模型，图中原点坐标位置为该应力传感器初次安装后的状态，图中横坐标为该应力传感器在安装后的时间变化，纵坐标在不同时间点测量得到的应力传感器的位移变化（位移变化即表示受到的应力变化）。根据分析预测模型，可以掌握该应力传感器的位移变化规律，推算出某时刻的位移值及最终的位移值，当位移与时间的关系曲线趋于平缓时，隧道即趋于稳定；根据分析预测模型判断的具体过程为：利用分析预测模型预测隧道在接下来一段时间内所受内力变化情况，并生成预测的位移与时间的关系曲线；然后在接下来的一端时间内，定时对监测环片进行量测，根据量测数据绘制实际的位移与时间的关系曲线；对比预测的位移与时间的关系曲线与实际的位移与时间的关系曲线，对比观察二者的拟合情况；若拟合情况较好，则表示实际情况符合预测情况，隧道较稳定；若拟合情况较差，如图6所示，当位移与时间的关系曲线发生突变陡峭时，既表示隧道出现了异常情况，需要及时对比实际值与预测值的误差大小，根据误差大小及时采取相应的措施，以保证隧道的安全和稳定。

通过灰色预测分析法根据已有的量测数据，得到所述隧道所受内力的分析值，进一步的对隧道内力地发展做出预测，并据此对隧道和围岩的受力状态和稳定性做出判断。具体地判断过程为：通过灰色预测分析法预测在某一时间点隧道所受内力的分析值，在该时间点对隧道中的监测环片进行量测，得到隧道所受内力的实际值，通过对分析值于实际值之间的差距，以此来判断隧道的稳定性。

步骤3：对比所述实际测量值、所述预测值和所述分析值，得到所述对比结果；

通过灰色预测分析法结合分析预测模型，共同分析混凝土管片的内力变化情况，能够为施工的安全和稳定提供重要的数据支持，并帮助工程师做出相应的决策和调整。

具体可选的，在步骤1之前，所述内力监测方法还包括：在所述混凝土管片的制作环节过程中，对其进行检测。

具体监测过程如下所示：在混凝土管片内的钢筋上绑扎应力传感器与压力传感器来进行埋设，压力传感器埋设在管片外侧，应力传感器在管片内侧与外侧分别各埋设一支；在绑扎之前，对应力传感器与压力传感器进行测试；在绑扎放入钢膜之后，一样对应力传感器与压力传感器进行测试；在混凝土管片脱模后，把检测电缆从测点瓶中取出，对应力传感器与压力传感器进行测试，量测完成后把电缆线装入测点瓶内，并使用防火泥对测点瓶进行封堵；将脱模后的混凝土管片放入养护池进行养护，在出养护池后，再次对应力传感器与压力传感器进行测试；混凝土管片被运输至现场工作平台后，在安装前对应力传感器与压力传感器进行测试，同时，在拼装后对混凝土管片再进行测试。如果在测试过程中发现应力传感器和压力传感器的测量结果异常，需要对应力传感器和压力传感器进行检查，确保设备的正常工作，并按照正确的测试方法进行操作。

通过制作的每一个流程中对应力传感器与压力传感器进行测试，可以保证测量数据的准确性。这对于监测混凝土管片的压力和应力变化非常重要，能够为施工的安全和稳定提供重要数据支持。

具体可选的，上述监测环片是由6个混凝土管片组成，每个混凝土管片上的应力传感器与压力传感器都设置有不同的编号，如图4所示。

在各块混凝土管片分别布置2个应力测点，一共12个测点，测点编号分别为R1～R12；在各块混凝土管片布置1个压力测点，共6个测点，测点编号分别为E1～E6。同时，在测量时，将应力传感器与压力传感器上的检测电缆进行延长，并通过不同的颜色对不同功能对应的电缆进行区分，例如：将应力传感器引出电缆为四芯电缆，以芯线的颜色区分应变计和温度计，其中：红、黑线为频率测试导线，绿、白线为温度计测试导线。根据现场实际情况，把各个电缆线延伸牵引至临时观测站，对拼装后的管片进行量测；或者借助拼装作业平台，对拼装后的管片进行量测。

通过将每个混凝土管片上的应力传感器和压力传感器进行编号，并延长检测电缆并区分颜色，可以更方便地对拼装后的管片进行量测，并获取管片的压力和应力变化数据。这些数据对于监测管片的受力状态和施工的安全性非常重要，可以更准确地进行数据的回归分析和判断隧道的受力状态。

最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明申请的技术方案，而非限制尽管通过上述优选实施例已经对本申请进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解可以在形式上和细节上对其做出各种改变，而不偏离本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种混凝土管片，其特征是，包括：混凝土管片，与混凝土管片中的压力传感器、应力传感器和测点瓶；所述应力传感器设置安装于混凝土管片内部的上下内外弧面上；所述压力传感器设置安装于混凝土管片内部的外弧面上；所述测点瓶为一个通孔瓶，设置安装于混凝土管片内部侧壁上，测点瓶的下端口紧贴混凝土管片内侧壁；所述压力传感器与应力传感器的检测电缆穿过测点瓶的上端口，放置于测点瓶中；所述测点瓶的上端口处设置有密封圈。

2.根据权利要求1所述的混凝土管片，其特征是，所述测点瓶内部设置有填充物；所述填充物为以下至少一项：棉纱、土工布、泡棉。

3.根据权利要求1或2所述的混凝土管片，其特征是，所述测点瓶的外壁上设置粘贴有防水胶布。

4.一种内力监测方法，其特征是，所述内力监测方法适用于权利要求1-3任一项所述的混凝土管片中，所述内力监测方法包括：

步骤1：通过监测环片测量隧道所受内力的实际测量值，其中所述监测环片是将所述混凝土管片设置在隧道内的监测点位置处得到的；

步骤2：基于分析预测模型预测所述隧道所受内力，得到所述隧道所受内力的预测值，其中所述分析预测模型由应力、压力和时间所构成的数据回归关系曲线建立；

步骤3：对比所述实际测量值和所述预测值，得到对比结果，其中所述对比结果用于监测所述隧道所受内力的受力情况。

5.根据权利要求4所述的内力监测方法，其特征是，所述内力监测方法还包括：

基于灰色预测分析法对所述隧道所受内力进行分析，得到所述隧道所受内力的分析值；

所述步骤3具体包括：对比所述实际测量值、所述预测值和所述分析值，得到所述对比结果。

6.根据权利要求4或5所述的内力监测方法，其特征是，在步骤1之前，所述内力监测方法还包括：

在所述混凝土管片的制作环节过程中，对其进行检测。

7.根据权利要求4所述的内力监测方法，其特征是，所述监测环片是由6个混凝土管片组成，在每个所述混凝土管片上的应力传感器与压力传感器都设置有不同的编号。