CN213360101U - 一种用于盾构机的水土压力监测器与水土压力监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于盾构机的水土压力监测器以及水土压力监测系统，其中水土压力监测器包括套管、土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源，套管的内腔分隔为若干腔室，包括孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔；套管位于孔隙水压力接收腔的侧壁开设有透水格栅孔，套管位于土压力接收腔的侧壁开设有土压力承压孔，土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源设置于安装腔内；可在盾构的掘进过程中，随着盾构挖进对水土压力进行实时、连续的监测。

Description

一种用于盾构机的水土压力监测器与水土压力监测系统

技术领域

本实用新型涉及盾构施工水土压力监测技术领域，更具体地说，涉及一种用于盾构机的水土压力监测器，以及一种用于盾构机的水土压力监测系统。

背景技术

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，是将盾构机械在地中推进，通过盾构机外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

盾构法具有不受气候条件影响、产生环境危害较小、对地面建筑物及地下管线的影响不大等优点，特别适用于松软含水地层的开挖作业，在国内大多地铁工程实践中已得到了广泛应用。

然而，在盾构的掘进过程中，不可避免地会对土层产生扰动，使土体产生变形，导致盾构上方地表沉降，严重时可能会引起隧道坍塌等事故，影响施工安全。因此，在盾构的掘进过程中，需要对盾构机周围土层的土压力和孔隙水压力进行实时监测。

现有技术中，如中国实用新型专利申请201510746205.9公开了一种盾构隧道水土压力监测棒，包括压力监测棒棒体，所述压力监测棒棒体包括柱形杆状棒体、连接在柱形杆状棒体一端端部的端部隔间和套设在柱形杆状棒体另一端的密封盒，所述端部隔间内设有土压力传感器和孔隙水压力传感器，所述土压力传感器和孔隙水压力传感器上设置的引出导线穿过柱形杆状棒体与应变仪连接；进行土压力监测时，压力监测棒棒体依次穿过管片、注浆层至土体，管片与压力监测棒棒体的连接处由密封盒密封，通过土压力传感器和孔隙水压力传感器同时测量土压力和孔隙水压力，测量结果通过引出导线传输至应变仪。

上述实用新型专利申请的技术方案实施于管片，用于盾构隧道的水土压力监测。而管片的安装只能是在盾构挖进后进行，进而无法在盾构的掘进过程中进行水土压力监测，当在盾构的掘进过程中，如因土体产生变形导致的地表沉降或隧道坍塌，因无法实时监测而造成施工安全。同时，管片的设置至水土压力监测棒的安装，也需要一定的时间，对于已形成的盾构隧道的水土压力监测不可避免地形成较大的滞后性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于盾构机的水土压力监测器与地铁盾构施工水土压力监测系统，可在盾构的掘进过程中，随着盾构挖进对水土压力进行实时、连续的监测。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于盾构机的水土压力监测器，包括套管、土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源，套管的内腔分隔为若干腔室，包括孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔；套管位于孔隙水压力接收腔的侧壁开设有透水格栅孔，套管位于土压力接收腔的侧壁开设有土压力承压孔，土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源设置于安装腔内；孔隙水压力传感器的探头内嵌于透水格栅孔上，土压力传感器的探头内嵌于土压力承压孔上。

作为优选，还包括无线传输模块，无线传输模块设置于安装腔内。

作为优选，套管的内腔通过若干隔板分隔形成孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔，隔板与套管的内壁密封连接。

作为优选，孔隙水压力传感器的探头的导线密封穿设于隔板，土压力传感器的探头的导线密封穿设于隔板。

作为优选，隔板上开设有线孔，导线穿设于线孔，导线与线孔之间通过环氧树脂进行密封。

作为优选，孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔沿套管的底端至顶端依次排列。

作为优选，还包括基板、斜向支撑杆，套管的底端与基板连接，斜向支撑杆的两端分别与套管的外侧壁、基板连接。

作为优选，斜向支撑杆的中部位置与基板之间设置于辅助支撑杆，辅助支撑杆的两端分别与斜向支撑杆、基板连接。

一种用于盾构机的水土压力监测系统，包括用于盾构机的水土压力监测器、监控终端单元，用于盾构机的水土压力监测器通过基板设置于盾构机外壳；用于盾构机的水土压力监测器与监控终端单元进行数据交互；监控终端单元包括远程服务器、监测设备。

作为优选，监测设备包括移动终端、桌面终端。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述的用于盾构机的水土压力监测器，集成了孔隙水压力监测与土压力监测，通过基板与支撑结构(包括斜面支撑杆和/或辅助支撑杆)可将水土压力监测器稳定地设置于盾构机外壳，并将水土压力监测器的土压力传感器的探头和孔隙水压力传感器的探头安装在套管的侧壁上，防止在盾构机进行钻探的过程中，因产生较大的阻力而对水土压力监测器造成破坏，实现对水土压力监测器的有效保护。本实用新型还可通过无线传输模块进行无线数据收发，实现远程监测。

本实用新型所述的地铁盾构施工水土压力监测系统，基于所述的水土压力监测器，可在地铁盾构机推进的同时，实时监测盾构机周围土层土压力和孔隙水压力情况。水土压力监测器的无线传输模块可自动将监测数据及时传输到监控终端单元。实施时，可将其可视化显示在远程服务器或监测设备上，减少了繁琐的人工采集数据过程，及时帮助现场作业人员了解盾构施工对土层的扰动程度以及预测固结沉降量，指导现场施工人员及时调整盾构施工参数，减少对土层的扰动，提高了盾构施工的安全性。

附图说明

图1是盾构机的剖视示意图；

图2是水土压力监测器的结构示意图(安装于盾构机外壳)；

图3是地铁盾构施工水土压力监测系统的原理框图；

图中：10是盾构机外壳，20是套管，201是管盖，21是土压力传感器，22是孔隙水压力传感器，23是电源，24是无线传输模块，25是孔隙水压力接收腔，251是透水格栅孔，26 是土压力接收腔，261是土压力承压孔，27是安装腔，30是基板，31是斜向支撑杆，32是辅助支撑杆。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。

本实用新型为了解决现有技术无法对盾构的掘进过程中，因土体产生变形导致的地表沉降或隧道坍塌进行实时监测的不足，提供一种用于盾构机的水土压力监测器，并基于所述的水土压力监测器，提供一种用于盾构机的水土压力监测系统，可在地铁盾构机推进的同时，实时监测盾构机周围土层土压力和孔隙水压力情况。

如图1、图2所示，本实用新型所述的用于盾构机的水土压力监测器，包括套管20、土压力传感器21、孔隙水压力传感器22、电源23，电源23分别为土压力传感器21、孔隙水压力传感器22供电。为了将土压力传感器21、孔隙水压力传感器22采集的监测数据进行发送，本实用新型还提供了数据收发功能，所述的水土压力监测还包括无线传输模块24，无线传输模块24分别与土压力传感器21、孔隙水压力传感器22电连接，并通过电源23进行供电。本实施例中，无线传输模块24可以设置为LORA无线远距离433MSX1278无线数据收发传输模块，或者其他的无线传输模块24。

套管20的内腔分隔为若干腔室，包括孔隙水压力接收腔25、土压力接收腔26、安装腔 27。其中，孔隙水压力接收腔25用于承受孔隙水压力，土压力接收腔26用于承受土压力。套管20位于孔隙水压力接收腔25的侧壁开设有透水格栅孔251，孔隙水压力传感器22的探头内嵌于透水格栅孔251上；套管20位于土压力接收腔26的侧壁开设有土压力承压孔261，土压力传感器21的探头内嵌于土压力承压孔261上；土压力传感器21、孔隙水压力传感器22、无线传输模块24、电源23设置于安装腔27内。本实施例中，通过强力胶对安装到位的无线传输模块24、土压力传感器21、孔隙水压力传感器22和电源23进行固定。

具体地，套管20的内腔通过若干隔板分隔形成孔隙水压力接收腔25、土压力接收腔26、安装腔27，隔板与套管20的内壁密封连接。孔隙水压力传感器22的探头的导线密封穿设于隔板，土压力传感器21的探头的导线密封穿设于隔板。本实施例中，隔板上开设有线孔，导线穿设于线孔，导线与线孔之间通过环氧树脂进行密封。套管20的端部螺纹安装有管盖201，具体地，管盖201用于安装管盖201的一端开设有内螺纹部，管盖201为内六角头与外螺纹管的不锈钢一体结构。

由于所述的水土压力监测器设置于盾构机外部，为了兼顾数据收发的有效性与孔隙水压力监测、土压力监测的准确性，本实施例中，孔隙水压力接收腔25、土压力接收腔26、安装腔27沿套管20的底端至顶端依次排列。

为了实现水土压力监测器在盾构机外部的稳固安装，本实用新型还包括基板30、若干斜向支撑杆31，套管20的底端与基板30连接，斜向支撑杆31的两端分别与套管20的外侧壁、基板30连接。本实施例中，基板30焊接固定在盾构机外壳10的弧形侧壁上，对应地，基板 30为弧形结构，实施为不锈钢材质。斜向支撑杆31的一端与套管20的外侧壁连接，斜向支撑杆31的另一端与基板30的端部连接。具体地，基板30的端部开设有内螺纹孔，斜向支撑杆31的端部弯折并与基板30贴合，斜向支撑杆31的端部也开设有内螺纹孔，斜向支撑杆 31的端部与基板30的端部通过固定螺栓锁紧，形成紧固配合。

为了进一步使水土压力监测器稳定地设置于盾构机外壳10，防止在盾构机进行钻探的过程中，因产生较大的阻力而对水土压力监测器造成破坏，本实施例中，斜向支撑杆31的中部位置与基板30之间设置于辅助支撑杆32，辅助支撑杆32的两端分别与斜向支撑杆31、基板 30连接。辅助支撑杆32的一端与斜向支撑杆31连接，辅助支撑杆32的另一端与斜向支撑杆31同理，与基板30实现紧固配合。

基于所述的水土压力监测器，本实用新型还提供一种用于盾构机的水土压力监测系统，如图1、图2、图3所示，包括用于盾构机的水土压力监测器、监控终端单元，水土压力监测器通过基板30设置于盾构机外壳10；水土压力监测器与监控终端单元进行数据交互；监控终端单元包括远程服务器、监测设备，监测设备包括移动终端、桌面终端。本实施例中，水土压力监测器通过无线传输模块24与远程服务器和/或监测设备进行无线通信，实现数据交互。

具体实施时，首先，沿着盾构机外壳10的周向，将多个水土压力监测器均匀焊接布置；水土压力监测器的个数可以视工程实际情况而定。在盾构机推进施工时，水土压力监测器实时采集盾构机周围土层的土压力数据和孔隙水压力数据，借助水土压力监测器中的无线传输模块24，水土压力监测器可以将采集到的土压力数据和孔隙水压力数据传输到监控终端单元的远程服务器上，远程服务器对接收的土压力数据和孔隙水压力数据进行存储和处理，再通过无线传输的方式，将其可视化显示在多个现场施工作业人员的移动终端(如手机、平板电脑)、桌面终端(如个人计算机)上。

本实用新型的实施，使得现场施工作业人员可以全天候、全方位对盾构机周围的土压力和孔隙水压力进行监控，从而指导现场施工作业人员及时调整盾构施工参数，减少对土层的扰动，提高了盾构施工的安全性。

上述实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作对本实用新型的限定。只要是依据本实用新型的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，包括套管、土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源，套管的内腔分隔为若干腔室，包括孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔；套管位于孔隙水压力接收腔的侧壁开设有透水格栅孔，套管位于土压力接收腔的侧壁开设有土压力承压孔，土压力传感器、孔隙水压力传感器、电源设置于安装腔内；孔隙水压力传感器的探头内嵌于透水格栅孔上，土压力传感器的探头内嵌于土压力承压孔上。

2.根据权利要求1所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，还包括无线传输模块，无线传输模块设置于安装腔内。

3.根据权利要求1所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，套管的内腔通过若干隔板分隔形成孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔，隔板与套管的内壁密封连接。

4.根据权利要求3所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，孔隙水压力传感器的探头的导线密封穿设于隔板，土压力传感器的探头的导线密封穿设于隔板。

5.根据权利要求4所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，隔板上开设有线孔，导线穿设于线孔，导线与线孔之间通过环氧树脂进行密封。

6.根据权利要求1所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，孔隙水压力接收腔、土压力接收腔、安装腔沿套管的底端至顶端依次排列。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，还包括基板、斜向支撑杆，套管的底端与基板连接，斜向支撑杆的两端分别与套管的外侧壁、基板连接。

8.根据权利要求7所述的用于盾构机的水土压力监测器，其特征在于，斜向支撑杆的中部位置与基板之间设置于辅助支撑杆，辅助支撑杆的两端分别与斜向支撑杆、基板连接。

9.一种用于盾构机的水土压力监测系统，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的用于盾构机的水土压力监测器、监控终端单元，用于盾构机的水土压力监测器通过基板设置于盾构机外壳；用于盾构机的水土压力监测器与监控终端单元进行数据交互；监控终端单元包括远程服务器、监测设备。

10.根据权利要求9所述的用于盾构机的水土压力监测系统，其特征在于，监测设备包括移动终端、桌面终端。

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