CN212030788U - 一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，该测量包括光纤传感元件(1)、钢管(2)、角钢(3)和保护套管(4)；在预埋设传感器的钢管的拱肩处焊接光纤传感元件(1)；角钢(3)倒扣在光纤传感元件(1)上，将角钢(3)与预埋设传感器的钢管焊接在一起。保护套管(4)设置在角钢(3)的内部，保护套管(4)沿钢管(2)的长度方向布设并焊接在钢管(2)上。该装置可较为准确的测量出钢管顶进过程中的顶推力，为设计提供选择合适的顶管机型号，防止出现在顶进阶段由于顶推力不足导致钢管卡住的现象。
Description
技术领域
本实用新型涉及地下洞室施工领域，具体说是一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置。
背景技术
顶管是一种非开挖技术，用于世界各国隧道衬砌、油和水管等方面，现在有各种不同尺寸的管道从250mm到3m，甚至还有适用于交通和行人的大跨度箱型结构。相对于传统的明挖方法，由于其对地面交通和邻近结构影响较小的技术优势，在城市地区得到了更广泛的应用。顶管是一个复杂的过程，其中顶推力是一个重要的参数，受到管壁厚度、土层性质、超挖、注浆、管线轴线、停机等因素的影响能否正确预测顶管力影响着顶管系统的设计和选用密切相关。如果顶推力预测不当，可能导致管道结构失效，尤其是接头处，推力墙过载等事故或在顶进过程中出现管被卡住无法顶进的现象。
近年来，城市轨道交通建设中出现了大量近接工程。为了尽量减小对既有结构的影响，在新建结构与既有结构之间往往打设一排钢管，从而阻止土体之间应力位移的传递。为保证既有结构的安全性，在顶管阶段不允许进行灌浆和超挖现象。虽然大量的学者对顶管过程中的顶推力进行了监测和分析，但顶管机记录到的顶推力包含端头阻力F0和侧面阻力Fs，无法将两者区分开来。一些学者对顶进过程中的端头阻力做出了一些假设，但还未有学者测量出顶管过程的端头阻力。
日本微型隧道协会、马保松、Pellet-Beacour and Kastner、Staheli等均提出了计算顶进过程中的端头阻力与侧面阻力的经验公式，但往往实际测得的顶推力与经验公式尚存在较大的差异，无法根据经验公式选择合适的顶管机。故对于准确测量端头阻力与侧面阻力是十分必要的。其中，侧面阻力随着顶管长度的增加而增加，并且侧面阻力在顶推力中占绝对主要部分。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，该装置可较为准确的测量出钢管顶进过程中的顶推力，为设计提供选择合适的顶管机型号，防止出现在顶进阶段由于顶推力不足导致钢管卡住的现象。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，该测量包括光纤传感元件(1)、钢管(2)、角钢(3)和保护套管(4)；钢管(2)分为预埋设传感器的钢管和已顶进的钢管两部分，预埋设传感器的钢管焊接在已顶进的钢管上，在预埋设传感器的钢管的拱肩处焊接光纤传感元件(1)；角钢(3)倒扣在光纤传感元件(1)上，将角钢(3)与预埋设传感器的钢管焊接在一起。保护套管(4)设置在角钢(3)的内部，保护套管(4)沿钢管(2)的长度方向布设并焊接在钢管(2)上。
顶管机开始顶进时，将光纤传感元件与解调仪通过光纤线相连并与计算机相连，计算机将顶进过程中传感器的应力变化值记录下来，用于计算侧面阻力与端头阻力。
光纤传感器与计算机之间设有解调仪。
本实用新型的优点和积极效果在于可以较为精确的测量顶管过程的侧面阻力与端头阻力。
附图说明
图1为本实用新型的传感器安装主视图。
图2为本实用新型的传感器安装俯视图。
图3为测量原理示意图。
附图中关于构件、材料编号说明：
图中：1、光纤传感元件，2、钢管，3、角钢，4、保护套管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，该测量包括光纤传感元件(1)、钢管(2)、角钢(3)和保护套管(4)；钢管(2)分为预埋设传感器的钢管和已顶进的钢管两部分，预埋设传感器的钢管焊接在已顶进的钢管上，在预埋设传感器的钢管的拱肩处焊接光纤传感元件(1)；角钢(3)倒扣在光纤传感元件(1)上，将角钢(3)与预埋设传感器的钢管焊接在一起。保护套管(4)设置在角钢(3)的内部，保护套管(4)沿钢管(2)的长度方向布设并焊接在钢管(2)上。
顶管机开始顶进时，将光纤传感元件与解调仪通过光纤线相连并与计算机相连，计算机将顶进过程中传感器的应力变化值记录下来，用于计算侧面阻力与端头阻力。
该装置的测量方法过程如下：
步骤一，在预埋设传感器的钢管(2)焊接到已顶进钢管(2)后，在钢管拱肩处将光纤传感元件(1)焊接在钢管(2)上。
步骤二，传感器焊接在钢管上后将角钢(3)倒扣在传感器上，并将角钢(3)与钢管(2)焊接在一起。
步骤三，将保护套管(4)从测量插头处穿到新安装传感器与准备安装的下一个传感器之间，并将套管焊接在钢管上。
步骤四，顶管机开始顶进时，将光纤传感器与解调仪通过光纤线相连，并通过计算机(3)自动采集，将顶进过程中传感器的应力变化值记录下来，用于计算侧面阻力与端头阻力。
步骤五，在一次顶进过程中，单位长度侧面阻力的计算式为：UFri＝∣σ1-σ2∣×A/(x2-x1)；钢管端头阻力的计算式为：F0＝σ2×A-UFri×x2-w×μ×x2。
本实用新型能够在顶进阶段较为精确的测量出钢管顶进过程中的端头阻力与侧面阻力。该测量方法为：在即将顶进的钢管上安装光纤应力传感器，光纤传感器应焊接在钢管拱肩处；使用角钢对光纤传感器进行保护，角钢应倒扣在传感器上，并将角钢焊接在钢管上；使用通长套管对光纤线进行全长保护，并将套管焊接在钢管上；在一段长度为L钢管上，应力计1的位置为x1，应力计2的位置为x2，在一次顶进过程中测得的应力计1变化值为σ1，应力计2的变化值为σ2，则在该次顶进过程中的单位长度侧面阻力的计算式为：UFri＝∣σ1-σ2∣×A/(x2-x1)；E、则钢管端头阻力的计算式为：F0＝σ2×A-UFri×x2-w×μ×x2。本实用新型的优点在于：可以通过该装置较为准确的测量出钢管顶进过程中的顶推力，为设计提供选择合适的顶管机型号，防止出现在顶进阶段由于顶推力不足导致钢管卡住的现象。将传感器焊接在钢管上时，焊接完后应立即用凉水对焊接部位进行降温，防止高温对传感器造成损害。传感器不一定焊接在钢管拱肩位置，传感器的安装位置的选择应保证传感器在顶进过程的安全以及操作人员的安装方便。将套管焊接在钢管上时，因为光纤在套管内部，焊接时应采用点焊，防止在焊接时将套管内部的光纤烧毁。
图3中：UFri为单位长度侧面阻力；F0为端头阻力；A为钢管截面面积；w为钢管单位长度的重量；μ为土与钢管之间的摩擦系数。
参见图1与图2，当顶管到预埋传感器管节时，在钢管拱肩处将光纤传感器焊接到钢管上。随后将角钢倒扣在焊接好的传感器上，并将角钢焊接在钢管上。将保护套管从测量插头处穿到新安装传感器与准备安装的下一个传感器之间，并将套管焊接在钢管上。
顶管机开始顶进时，将顶进过程中传感器的应力变化值通过计算机记录下来，用于计算侧面阻力与端头阻力。
本实用新型未详细阐述的部分属于本领域公知技术。尽管上面对本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，但本实用新型不限于具体实施方式的范围。
Claims (3)
1.一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，其特征在于：该测量包括光纤传感元件(1)、钢管(2)、角钢(3)和保护套管(4)；钢管(2)分为预埋设传感器的钢管和已顶进的钢管两部分，预埋设传感器的钢管焊接在已顶进的钢管上，在预埋设传感器的钢管的拱肩处焊接光纤传感元件(1)；角钢(3)倒扣在光纤传感元件(1)上，将角钢(3)与预埋设传感器的钢管焊接在一起；保护套管(4)设置在角钢(3)的内部，保护套管(4)沿钢管(2)的长度方向布设并焊接在钢管(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，其特征在于：光纤传感元件与计算机通过光纤相连。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量顶管端头阻力和侧面阻力的装置，其特征在于：光纤传感器与计算机之间设有解调仪。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113720510A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于薄膜压力传感器的顶管管周摩阻力智能测量方法 |
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2020
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| CN113720510A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-11-30 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于薄膜压力传感器的顶管管周摩阻力智能测量方法 |
| CN113720510B (zh) * | 2021-08-24 | 2022-07-19 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于薄膜压力传感器的顶管管周摩阻力智能测量方法 |
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