CN211824858U

CN211824858U - 一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置

Info

Publication number: CN211824858U
Application number: CN202020595205.XU
Authority: CN
Inventors: 董新平; 于少辉
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2030-04-20

Abstract

本实用新型公开了一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，由气囊、压气管、高压气泵、传感器定位带、承压板、油介质、土压力传感器、透水石、水介质、水压传感器、定位板、套管顶进头、钢套管、单向阀、出土控制结构及其定位和支撑结构等组成，本实用新型可在盾构始发/到达施工前即完成传感器埋设，不受盾构施工制约。传感器埋设通过钻孔装置完成，钻孔时不塌孔，钻孔停止时可防止地层水土进入，对周围地层扰动小。传感装置中对感压油介质和水介质呈带形，与周围地层接触面积大，且均位于柔性的传感器定位带上，对水土压力变化敏感，测量更精确，同时，该监测装置能够实现单孔多点测试，且传感器的定位和埋设简单、快捷。

Description

一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置

技术领域

本实用新型涉及盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及适用于繁华城市中心地区盾构始发/到达段的盾构隧道施工安全控制领域。

背景技术

盾构在始发与到达接收段施工时，常面临土舱压力无法正常建立、土舱压力波动大等问题，因始发/到达段地层加固方式不当、加固长度不足等常导致工作面超挖、涌水、地表沉降过大等问题发生，严重威胁隧道周边地层和构筑物、建筑物的安全，同时，盾构始发/到达段多地处繁华城区，常常面临地面建筑物林立、地下管线密集、紧邻或下穿重要的既有地铁运营线路等环境制约条件，需要严格控制盾构始发/到达施工引起的地层位移和地表沉降。

盾构掘进过程中引起的地层沉降，可根据地层沉降形成原因将其分解为前方沉降、开挖面沉降、通过沉降、盾尾沉降、后续沉降等5种类型，5种类型沉降所占比例不仅与地层条件、埋深、盾构直径、盾构推进参数、同步注浆压力和注浆量、盾构停机、地面动载、不良地质、辅助工法措施等有关，还与盾构施工区间位置有关，始发/到达段地表沉降主要发生在开挖面沉降、盾构通过沉降与后续沉降等3个阶段，实际工程监测结果表明，始发/到达段的盾构通过沉降占地层总沉降的比例较大，甚至可达50％以上，而盾构通过沉降主要受盾构推进过程中盾外土体初始应力释放率所控制，因此，对始发/到达段盾构推进时隧道周围地层的应力状态进行监控至关重要，但目前盾构隧道地层水土压力监测主要是通过在隧道管片预埋土(水)压力计或在管片安装后再借助管片注浆孔进行水土压力传感器的安装测试，这些方法需要在盾构隧道管片安装后才能进行传感器的埋设和测试，不能监测到隧道周边地层在盾构隧道管片安装前的开挖面沉降阶段和盾构通过沉降阶段的水土压力变化情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测存在的监测仪器埋设时间滞后、监测数据不完整的缺点，而提出了一种可在盾构始发/到达掘进施工全过程进行隧道周围地层水土压力监测的装置及测试方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，由钻孔装置、传感器及其定位装置等两大部分组成，钻孔装置由套管顶进头、钢套管、单向阀、出土控制结构及其定位和支撑结构等组成，套管顶进头前端锥体中间有圆孔，尾部内有丝扣和钢套管连接，套管顶进头和钢套管用于水土压力监测装置的钻孔和防止成孔坍塌，套管顶进头内部有单向阀，单向阀和出土控制结构相连，出土控制结构安装在定位和支撑结构中间，定位和支撑结构通过其尾部定位环的丝扣与钢套管连接和固定，出土控制结构由出土控制环、连接杆、控制柄、方向螺母组成，用于控制套管顶进头内部单向阀，定位和支撑结构由定位管和2个内部定位环及1个外部定位环组成，用于支撑出土控制结构的控制柄，并用来将定位管固定在钢套管上，所述套管顶进头和钢套管顶入地层到预定位置后，移出所述出土控制结构、定位和支撑结构，然后移入传感器及定位装置。

所述传感器及定位装置由气囊、压气管、高压气泵、传感器定位带、承压板、油介质、土压力传感器、透水石、水介质、水压传感器、土压力传输线、水压力传输线、定位板组成，气囊置于套管顶进头内，连接压气管，压气管尾部连接高压气泵，高压气泵对气囊充气膨胀后填塞套管顶进头，以固定传感器定位带，油介质是密封状态，内部固定土压力传感器，水介质是开放状态，内部固定水压力传感器，油介质上下固定有带状承压板，水介质上下固定有带状透水石，承压板和透水石底部用环氧树脂粘结在柔性的传感器定位带上，压气管内置在传感器定位带上，传感器定位带放置在定位板上，定位板和传感器定位带可分离。

本实用新型具有如下优点：

地层水土压力传感器通过锥形套管顶进头和钢套管顶入地层完成孔位的钻进和埋设，可在盾构始发/到达施工前即完成传感器的埋设，不受盾构施工的制约。其次，钻孔在传感器埋设过程中受钢套管的保护而不会塌孔，单向阀可在钻孔停止时关闭以防止地层水土进入钢套管，这样，传感器埋设过程对周围地层扰动小。再次就是感压油介质和水介质呈带形，与周围地层接触面积大，且均位于柔性的传感器定位带上，对水土压力变化敏感，测量更精确，同时，可根据需要在传感器定位带上布置多对传感器，能够实现单孔多点测试。最后，该水土压力监测装置全部为预制小型结构，传感器的定位和埋设简单、快捷。

附图说明

图1为本实用新型的钻孔装置的结构示意图；

图2为图1中剖面1的示意图；

图3为图1中出土控制结构3的示意图；

图4是本实用新型的传感器及定位装置的结构示意图；

图5是图4的俯视图。

图中：1套管顶进头、2单向阀、3出土控制结构、4钢套管、5定位和支撑结构、6出土控制环、7连接杆、8控制柄、9方向螺母、10前定位环、11后定位环、12连接环、13定位管、14钢套管连接、15气囊、16压气管、17高压气泵、18传感器定位带、19承压板、20油介质、21土压力传感器、22透水石、23水介质、24水压传感器、25水压力计传输线、26土压力计传输线、27定位板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。

参照图1-5，一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，由钻孔装置(套管顶进头1、钢套管4、单向阀2、出土控制结构3、定位和支撑结构5)和传感器及其定位装置等组成，套管顶进头1内部有单向阀2，套管顶进头1尾部内部丝扣和钢套管4端部的钢套管连接14的外部丝扣连接，单向阀2和出土控制结构3相连，出土控制结构3安装在定位和支撑结构5内，出土控制结构3由出土控制环6、连接杆7、控制柄8、方向螺母9组成，定位和支撑结构5由前定位环10、后定位环11、连接环12、定位管13组成，其中，前定位环10、后定位环11与控制柄8通过丝扣连接，连接环12通过丝扣和钢套管4连接。

传感器及其定位装置由气囊15、压气管16、高压气泵17、传感器定位带18、承压板19、油介质20、土压力传感器21、透水石22、水介质23、水压传感器24、土压力传输线26、水压力传输线25、定位板27等组成，气囊15和压气管16相通，压气管16和放置于传感器钻孔外的高压气泵17相连接，压气管16内置于传感器定位带18中，油介质20及其上下两块承压板19、土压力传感器21及其传输线26组成隧道周围地层土压力传感模块，土压力传感器21封闭于油介质20中，水介质23及其上下两块透水石22、水压传感器24及其传输线25组成隧道周围地层水压传感模块，水压传感器24放于水介质23中，隧道周围地层的土压力传感模块和水压传感模块放在传感器定位带18预留凹槽内，传感器定位带18放在钢制的定位板27上面。

工作原理：

步骤一：将单向阀2安装在套管顶进头1上，将套管顶进头1通过钢套管连接14的丝扣和钢套管4连接，将出土控制结构3与定位和支撑结构5组装完成后插入钢套管4，定位和支撑结构5通过连接环12和钢套管4固定。

步骤二：通过方向螺母9将出土控制结构3旋出，使出土控制环6远离单向阀2。

步骤三：在盾构始发/接受车站的端头井围护结构上水平开孔，将套管顶进头1顶入孔中，然后逐渐将钢套管4顶入预定设计位置。

步骤四：旋入方向螺母9，将出土控制结构3向孔内顶入，使得出土控制环6关闭单向阀2，然后，反转连接环12，将定位和支撑结构5以及出土控制结构3从钢套管4中移出。

步骤五：钢套管内的水土清理干净。

步骤六：将图4和图5所示传感器及定位装置组装完成，通过定位板27将传感器定位带18送入钢套管4，其中，气囊15应顶入到套管顶进头1。

步骤6：打开高压气泵17，通过压气管16对气囊15加压，直至膨胀填充套管顶进头1。

步骤7：撤出定位板27，然后，反转钢套管4，使得钢套管连接14和套管顶进头1分离，随后从地层中拉出钢套管4。

步骤8：在端头井围护结构的传感器埋设孔的孔口用快硬水泥进行封堵。

步骤9：对水土压力传输线25和26接入采集仪，进行初读数的采集以及后续盾构始发/接收时的水土压力采集工作。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围之内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围之内。

Claims

1.一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，由套管顶进头、钢套管、单向阀、出土控制结构及其定位和支撑结构、气囊、压气管、高压气泵、传感器定位带、承压板、油介质、土压力传感器、透水石、水介质、水压传感器、土压力传输线、水压力传输线、定位板等组成，其特征在于：套管顶进头前端锥体中间有圆孔，尾部内有丝扣和钢套管连接，套管顶进头和钢套管用于水土压力监测装置的钻孔、成孔，套管顶进头内部有单向阀，单向阀和出土控制结构相连。

2.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，出土控制结构安装在定位和支撑结构中间，定位和支撑结构通过其尾部定位环的丝扣与钢套管连接和固定，出土控制结构由出土控制环、连接杆、控制柄、方向螺母组成，用于控制套管顶进头内部单向阀，定位和支撑结构由定位管和2个内部定位环及1个外部定位环组成，用于支撑出土控制结构的控制柄，并用来将定位管固定在钢套管上，所述顶进头和钢套管顶入地层到位后，所述出土控制结构、定位和支撑结构能够移除。

3.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，气囊置于套管顶进头内，连接压气管，压气管尾部连接高压气泵，高压气泵对气囊充气膨胀后填塞套管顶进头以固定传感器定位带。

4.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，油介质是密封状态，内部固定土压力传感器，油介质上下固定有带状承压板。

5.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，水介质是开放状态，内部固定水压力传感器，水介质上固定有带状透水石。

6.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，承压板和透水石底部用环氧树脂粘结在柔性的传感器定位带上。

7.根据权利要求1所述的一种盾构始发/到达段隧道周围地层水土压力监测装置，其特征在于，压气管内置在柔性的传感器定位带上，传感器定位带放置在定位板上，定位板和传感器定位带可分离。