CN206989933U - 水下盾构隧道监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下盾构隧道监测系统，其设置在水面下方地层的隧道内的拼接管片，在拼接管片内侧壁上安装有至少四个表面应力计。作为上述技术方案的进一步改进：表面应力计为振弦式。在拼接管片上安装有无线测距模块，无线测距模块包括位于隧道底面中心的下无线发射端、位于隧道顶面中心的上无线接收端以及至少两个分布在隧道侧面上的侧无线接收端。本实用新型设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

水下盾构隧道监测系统

技术领域

本实用新型涉及水下盾构隧道监测系统。

背景技术

隧道施工过程中，依据规范需要对隧道周边土体进行沉降监测，一般情况下在地表做监测孔监测。但是水下隧道施工过程中，由于水面存在着潮汐变化，轮船在水面行驶，水面在雨季上涨等多种不确定因素，故无法像在陆地上那样做监测孔监测，现有方法是在隧道内打孔进行监测，这样容易损坏管片，容易产生漏水现象。

如何提供一种合理、监测准确、不损伤管片的水下盾构隧道监测系统成为急需解决的技术问题。

实用新型内容

针对上述内容，本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便的水下盾构隧道监测系统；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种水下盾构隧道监测系统，包括设置在水面下方地层的隧道内的拼接管片，在拼接管片内侧壁上安装有至少四个表面应力计。

作为上述技术方案的进一步改进：

表面应力计为振弦式。

在拼接管片上安装有无线测距模块，无线测距模块包括位于隧道底面中心的下无线发射端、位于隧道顶面中心的上无线接收端以及至少两个分布在隧道侧面上的侧无线接收端；

无线测距模块电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。

在相对于隧道中垂线对称的拼接管片之间安装有水平方向电阻应变计，在相对于隧道水平中线对称的拼接管片之间安装有竖直方向电阻应变计，水平方向电阻应变计与竖直方向电阻应变计电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。

在相对于隧道中垂线对称的拼接管片之间安装有水平仪，在相对于隧道水平中线对称的拼接管片之间安装有竖直测量仪；竖直测量仪包括直角板以及设置在直角板的水平板上的水平气泡，直角板的竖直板在相对于水平中线对称的拼接管片之间。

在相对于隧道中垂线对称的拼接管片之间安装有水平变形观测仪，在相对于隧道水平中线对称的拼接管片之间安装有竖直变形观测仪，竖直变形观测仪与水平变形观测仪结构相同，竖直变形观测仪包括一端安装在一拼接管片上的悬臂管体以及一端安装在对应拼接管片上的悬臂针，悬臂针插入悬臂管体内，在悬臂管体内设置有染料腔体以及至少两个透明液腔体，在透明液腔体之间以及透明液腔体与染料腔体之间设置有封液薄膜，悬臂针从悬臂管体的悬臂端插入染料腔体内，在悬臂管体的悬臂端口与悬臂针之间设置有密封圈，悬臂针的针尖设置在染料腔体内且与对应封液薄膜之间有间隙；

染料腔体位于透明液腔体的外侧。

在隧道底部设置有透明下护板/网板。

在隧道内设置有供人逃生的救生三角支撑通道；救生三角支撑通道包括外三角架、侧边支撑螺杆、设置在外三角架内的内三角架以及包裹在外三角架外侧的外包挡土层；内三角架的三条边板分别位于外三角架对应的中位线上，侧边支撑螺杆设置在支撑内三角架的相邻两条边板之间，侧边支撑螺杆还设置在外三角架相邻的两条边板之间。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本申请通过水平仪和竖直测量仪（监测挤压形变效果差）、水平变形观测仪和竖直变形观测仪（监测倾斜形变效果差），组合使用实现优势互补的粗监测。

当粗监测发生问题后，通过表面应力计、无线测距模块、水平方向电阻应变计和竖直方向电阻应变计三位一体的监测，从而得出较为合理的沉降或上浮数据，（因为隧道变形无规则），提高精测量的有效性。

通过粗精测量的二次监测，减少了传感器布置的数量，简化了监测人员测量方法，从而降低了成本。而且监测装置拆装方便，可以二次利用。

本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便，实现肉眼直观判断-无线精确检测-有线精确校核，三步法测量。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更佳详细的描述。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的变形结构示意图。

图3是本实用新型的改进结构示意图。

图4是本实用新型的监测综合结构示意图。

图5是本实用新型救生三角支撑通道的结构示意图。

其中：1、水面；2、地层；3、隧道；4、拼接管片；5、表面应力计；6、救生三角支撑通道；7、透明下护板/网板；8、上无线接收端；9、下无线发射端；10、侧无线接收端；11、水平方向电阻应变计；12、竖直方向电阻应变计；13、水平仪；14、竖直测量仪；15、直角板；16、水平气泡；17、水平变形观测仪；18、竖直变形观测仪；19、悬臂管体；20、悬臂针；21、染料腔体；22、封液薄膜；23、透明液腔体；24、外三角架；25、支撑螺杆；26、内三角架；27、外包挡土层。

具体实施方式

如图1-5所示，本实施例的水下盾构隧道监测系统，包括设置在水面1下方地层2的隧道3内的拼接管片4，在拼接管片4内侧壁上安装有至少四个表面应力计5。安装在内侧壁上，拆装方便，其通过管片受压力后形变实现测量，可以满足施工监测需要，而且拆装方便，重新标定后可二次利用，降低成本，从而根据其数值变化，并与初始数据比较，得到相应位置的沉降或上浮的量化数据，监测数据更加真实有效。 表面应力计5为振弦式。测量方便，经久耐用，适合长时间实时监测，提高了工作效率，降低了钻孔的施工量，实现智能监测，克服了水面下施工的无法监测的困难。

实施例2,如图2-4，在拼接管片4上安装有无线测距模块，例如红外、蓝牙、激光等方式。无线测距模块包括位于隧道3底面中心的下无线发射端9、位于隧道3顶面中心的上无线接收端8以及至少两个分布在隧道3侧面上的侧无线接收端10；

无线测距模块电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。并与初始数据比较，通过各个接收端与初始数据比较，等到相应的数据变化，采集无线测距模块拆卸方便，可以二次回收利用，降低了施工成本，便于粗测量监控。

实施例3,如图2-4，在相对于隧道3中垂线对称的拼接管片4之间安装有水平方向电阻应变计11，在相对于隧道3水平中线对称的拼接管片4之间安装有竖直方向电阻应变计12，水平方向电阻应变计11与竖直方向电阻应变计12电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。

通过拼接管片4的微形变与初始数据比较，从而精确的得到隧道变形数值，其可以二次回收利用，降低了施工成本。

实施例4,如图3-4， 在相对于隧道3中垂线对称的拼接管片4之间安装有水平仪13，在相对于隧道3水平中线对称的拼接管片4之间安装有竖直测量仪14；竖直测量仪14包括直角板15以及设置在直角板15的水平板上的水平气泡16，直角板15的竖直板在相对于水平中线对称的拼接管片4之间。通过气泡的位置变化，从而直观的定性的看到数值沉降或上浮变化，便于粗监测，直观方便水平度、竖直度与倾斜度的变化。

通过直角板15从而实现对竖直方向的变化监测，成本低廉，设计巧妙。

实施例5,如图4，在相对于隧道3中垂线对称的拼接管片4之间安装有水平变形观测仪17，在相对于隧道3水平中线对称的拼接管片4之间安装有竖直变形观测仪18，竖直变形观测仪18与水平变形观测仪17结构相同，竖直变形观测仪18包括一端安装在一拼接管片4上的悬臂管体19以及一端安装在对应拼接管片4上的悬臂针20，悬臂针20插入悬臂管体19内，在悬臂管体19内设置有染料腔体21以及至少两个透明液腔体23，在透明液腔体23之间以及透明液腔体23与染料腔体21之间设置有封液薄膜22，悬臂针20从悬臂管体19的悬臂端插入染料腔体21内，在悬臂管体19的悬臂端口与悬臂针20之间设置有密封圈，悬臂针20的针尖设置在染料腔体21内且与对应封液薄膜22之间有间隙；

染料腔体21位于透明液腔体23的外侧。当隧道发生挤压形变时候（实际施工时候，多隧道多发生挤压形变，拉伸形变可以忽略不计），针尖在挤压的作用力下，刺破相应位置的封液薄膜22，染料与液体混合，实现直观的观察，实现粗监测，从而降低了应力计布置的成本，直观方便隧道挤压变形。

进一步，在隧道3底部设置有透明下护板/网板7，保护底部的监测装置。

如图1、5，在隧道3内设置有供人逃生的救生三角支撑通道6；救生三角支撑通道6包括外三角架24、侧边支撑螺杆25、设置在外三角架24内的内三角架26以及包裹在外三角架24外侧的外包挡土层27；内三角架26的三条边板分别位于外三角架24对应的中位线上，侧边支撑螺杆25设置在支撑内三角架26的相邻两条边板之间，侧边支撑螺杆25还设置在外三角架24相邻的两条边板之间。采用三角架结构结实耐用，支撑能力强，双三角架结构，进一步提高了支撑力，在演习试验中，取得良好效果，人从内三角架26的洞内逃生，通过侧边支撑螺杆25方便自锁调节三角架的支撑力，外包挡土层27采用帆布或塑料布，防止塌方后水进入内三角架26中，提高营救的安全性。

具体布置方案，通过水平仪13和竖直测量仪14（监测挤压形变效果差）、水平变形观测仪17和竖直变形观测仪18（监测倾斜形变效果差），组合使用实现优势互补的粗监测。

当粗监测发生问题后，通过表面应力计5、无线测距模块、水平方向电阻应变计11和竖直方向电阻应变计12三位一体的监测，从而得出较为合理的沉降或上浮数据，（因为隧道变形无规则），提高精测量的有效性。

具体实施例，金融岛～3号井盾构区间过马骝洲水道段盾构机掘进过程中，通过测量管片的受力变化分析隧道的安全情况。为了不破坏管片的完整性，采用表面应力计监测管片的微应变，进而计算管片的受力变化情况，管片拼装完成后立即安装应变计。正常情况下，随着盾构机掘进和注浆的结束，各监测点受压逐渐减小至稳定。如隧道上方发生塌方等险情，监测点的受力会发生明显变化，压力显著增加。如隧道发生上浮，底部位置压力显著增加；隧道发生下沉则顶部位置受力显著增加。从而掘进过程安全可控。

本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不在一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种水下盾构隧道监测系统，包括设置在水面(1)下方地层(2)的隧道(3)内的拼接管片(4)，其特征在于：在拼接管片(4)内侧壁上安装有至少四个表面应力计(5)。

2.根据权利要求1所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 表面应力计(5)为振弦式。

3.根据权利要求2所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 在拼接管片(4)上安装有无线测距模块，无线测距模块包括位于隧道(3)底面中心的下无线发射端(9)、位于隧道(3)顶面中心的上无线接收端(8)以及至少两个分布在隧道(3)侧面上的侧无线接收端(10)；

无线测距模块电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。

4.根据权利要求2所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 在相对于隧道(3)中垂线对称的拼接管片(4)之间安装有水平方向电阻应变计(11)，在相对于隧道(3)水平中线对称的拼接管片(4)之间安装有竖直方向电阻应变计(12)，水平方向电阻应变计(11)与竖直方向电阻应变计(12)电连接有单片机，单片机电连接有用于显示测量数值的显示器。

5.根据权利要求2所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 在相对于隧道(3)中垂线对称的拼接管片(4)之间安装有水平仪(13)，在相对于隧道(3)水平中线对称的拼接管片(4)之间安装有竖直测量仪(14)；竖直测量仪(14)包括直角板(15)以及设置在直角板(15)的水平板上的水平气泡(16)，直角板(15)的竖直板在相对于水平中线对称的拼接管片(4)之间。

6.根据权利要求2所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 在相对于隧道(3)中垂线对称的拼接管片(4)之间安装有水平变形观测仪(17)，在相对于隧道(3)水平中线对称的拼接管片(4)之间安装有竖直变形观测仪(18)，竖直变形观测仪(18)与水平变形观测仪(17)结构相同，竖直变形观测仪(18)包括一端安装在一拼接管片(4)上的悬臂管体(19)以及一端安装在对应拼接管片(4)上的悬臂针(20)，悬臂针(20)插入悬臂管体(19)内，在悬臂管体(19)内设置有染料腔体(21)以及至少两个透明液腔体(23)，在透明液腔体(23)之间以及透明液腔体(23)与染料腔体(21)之间设置有封液薄膜(22)，悬臂针(20)从悬臂管体(19)的悬臂端插入染料腔体(21)内，在悬臂管体(19)的悬臂端口与悬臂针(20)之间设置有密封圈，悬臂针(20)的针尖设置在染料腔体(21)内且与对应封液薄膜(22)之间有间隙；

染料腔体(21)位于透明液腔体(23)的外侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于: 在隧道(3)内设置有供人逃生的救生三角支撑通道(6)；救生三角支撑通道(6)包括外三角架(24)、侧边支撑螺杆(25)、设置在外三角架(24)内的内三角架(26)以及包裹在外三角架(24)外侧的外包挡土层(27)；内三角架(26)的三条边板分别位于外三角架(24)对应的中位线上，侧边支撑螺杆(25)设置在支撑内三角架(26)的相邻两条边板之间，侧边支撑螺杆(25)还设置在外三角架(24)相邻的两条边板之间。

8.根据权利要求1-6任一项所述的水下盾构隧道监测系统，其特征在于:在隧道(3)底部设置有透明下护板/网板(7)。