CN218211745U - 一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统，所述孔隙水压力监测装置包括：锥形头壳体和布置于所述锥形头壳体内的过滤介质、压力传感元件；其中，所述锥形头壳体布置有若干个渗水孔，所述压力传感元件埋设在所述过滤介质内，以对从所述渗水孔渗透进入所述锥形头壳体内的孔隙水进行过滤，所述压力传感元件用于感测孔隙水压力。该装置可实现对盾构隧道壁后地层孔隙水压力的准确、有效测量。锥形头壳体的形状可更容易钻入盾构隧道壁后的土层，过滤介质可对进入锥形头壳体内的孔隙水进行过滤，避免堵塞压力传感元件，以提高监测的准确性。

Description

一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统。

背景技术

当盾构隧道掘进时，为掌握地下不良地质体而引起水位变化的相关规律，有必要对盾构壁后地层中的孔隙水压力进行测试。

传统的孔隙水压力测试方式是将孔隙水压力计预埋在盾构管片外表面。但由于盾构机的施工方法限制，在盾构隧道开挖过程中需要通过管片注浆孔对管片及其背后地层之间空隙进行注浆，浆液经常造成孔隙水压力计掩埋，导致测量结果的失准。如图1所示，孔隙水压力传感器1通过密封盒预安置在盾构管片31上，在管片31拼装后的注浆作业过程中，隙水压力传感器1及导线存在着易被损坏、掩埋的风险。

还有一种监测孔隙水压力的方式是在隧道上方的地表进行钻孔并埋设测试元件。但该方式操作困难大、成本高，难以精准达到需要位置。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型实施例提供了一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本实用新型的技术方案如下：

一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，所述孔隙水压力监测装置包括：锥形头壳体和布置于所述锥形头壳体内的过滤介质、压力传感元件；其中，所述锥形头壳体布置有若干个渗水孔，所述压力传感元件埋设在所述过滤介质内，以对从所述渗水孔渗透进入所述锥形头壳体内的孔隙水进行过滤，所述压力传感元件用于感测孔隙水压力。

在一些实施例中，所述锥形头壳体的外表面上形成有至少一条凸出的锚固肋，所述锚固肋在所述锥形头壳体的锥形表面上呈螺旋式排布。

在一些实施例中，所述过滤介质包括第一过滤层和第二过滤层；所述第一过滤层为紧贴在所述锥形头壳体的内表面的滤布；所述第二过滤层为填充在所述滤布与所述压力传感元件之间的滤砂。

在一些实施例中，所述锥形头壳体的尾端具有用于封堵所述过滤介质的结构，其尾端还布置有尾端接头，所述尾端接头上形成有螺纹连接部，用于与安装杆螺纹连接。

在一些实施例中，所述尾端接头与所述锥形头壳体一体成型或者通过螺纹紧固件连接；在所述尾端接头与所述锥形头壳体通过螺纹紧固件连接的情况下，所述锥形头壳体上形成有螺纹孔，所述尾端接头的前端形成有对接法兰，对接法兰上形成有与所述螺纹孔对应的连接孔；所述尾端接头的后端为具有所述螺纹连接部的连接管，所述连接管用于与安装杆连接。

在一些实施例中，所述孔隙水压力监测装置还包括安装杆，所述安装杆为空心杆，其前端形成有与所述尾端接头的连接管连接的螺纹结构，使得所述安装杆能与所述尾端接头螺纹连接；

所述孔隙水压力监测装置在安装到位的状态下，反方向旋转所述安装杆使其脱离所述尾端接头及锥形头壳体，并使所述安装杆从管片注浆孔退出；

所述安装杆为能弯曲但不能扭曲的柔性管。

在一些实施例中，所述孔隙水压力监测装置还包括信号传输模块，所述信号传输模块与所述压力传感元件连接，并通过有线或无线方式将其感测的信号传出。

在一些实施例中，所述信号传输模块包括导线，所述导线从所述锥形头壳体穿出的部位设置有防水件。

在一些实施例中，所述锥形头壳体在其尾端布置的用于封堵所述过滤介质的结构为底盖，所述底盖与所述锥形头壳体的连接部位设置密封件。

一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统，所述孔隙水压力监测系统包括：孔隙水压力监测装置，其在盾构隧道壁后布置有两个以上，且位于不同点位；处理器，所述处理器与各所述孔隙水压力监测装置的压力传感元件连接，用于接收所述压力传感元件发出的信号。

本实用新型提供了一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统，该装置通过钻开管片上的注浆孔，用安装杆将包裹压力传感元件的锥形头壳体送入隧道壁后待测地层中，地层中的孔隙水在压力下渗流通过渗水孔，并经过滤后接触到压力传感元件，从而完成对地层中孔隙水压力的测量。该装置可实现对盾构隧道壁后地层孔隙水压力的准确、有效测量。锥形头壳体的形状可更容易钻入盾构隧道壁后的土层，过滤介质可对进入锥形头壳体内的孔隙水进行过滤，避免堵塞压力传感元件，以提高监测的准确性。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为现有技术中的一种孔隙水压力传感器的安装方式示意图。

图2为本实用新型一实施例中的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置的安装方式示意图。

图3为本实用新型一实施例中的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置的结构示意图。

图4为本实用新型一实施例中的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统的结构示意图。

附图标记：

11、锥形头壳体；111、渗水孔；112、锚固肋；113、螺纹孔；12、过滤介质；12a、第一过滤层；12b、第二过滤层；13、压力传感元件；14、尾端接头；141、对接法兰；142、连接孔；143、连接管；15、底盖；16、密封件；17、导线；18、安装杆；19、螺栓；20、处理器；31、管片；311、管片注浆孔；32、注浆层；33、土层

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

针对现有管片、背后技术孔隙水压力传感器设置的问题，本实用新型提供了一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置(以下可简称为孔隙水压力监测装置或该装置)，该装置通过钻开管片上的注浆孔，用安装杆将包裹压力传感元件的锥形头壳体送入隧道壁后待测地层中，地层中的孔隙水在压力下渗流通过渗水孔，并经过滤后接触到压力传感元件，从而完成对地层中孔隙水压力的测量。该装置可实现对盾构隧道壁后地层孔隙水压力的准确、有效测量。

如图2和图3所示，在一些实施例中，所述孔隙水压力监测装置包括：锥形头壳体11和布置于所述锥形头壳体11内的过滤介质12、压力传感元件13。其中，所述锥形头壳体11布置有若干个渗水孔111，渗水孔111具有适当孔径，所述压力传感元件13埋设在所述过滤介质12内，以对从所述渗水孔111渗透进入所述锥形头壳体11内的孔隙水进行过滤，所述压力传感元件13用于感测孔隙水压力。

盾构管片31是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层33压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。在该实施例中，该孔隙水压力监测装置可借助管片31上的管片注浆孔311进行安装。在安装完成后，需要快速对管片注浆孔311进行封堵，恢复管片31原有状态，避免该装置被注浆覆盖的风险。

在上述实施例中，锥形头壳体11的形状可更容易钻入盾构隧道壁后的土层33，过滤介质12可对进入锥形头壳体11内的孔隙水进行过滤，避免堵塞压力传感元件13，以提高监测的准确性。

压力传感元件13可采用现有技术中的方案，例如振弦式渗压计，其主要由振弦、高灵敏金属膜片、透水石以及激励与接收线圈等部件构成，其工作原理为：水压力作用在薄膜片上并使之产生变形，连接在上面绷紧钢弦的张力也随之发生变化，而钢弦的振动频率和张力有关，表现为钢弦所受的张力，因此仪器受到的渗透压力可以通过测量钢弦的频率得到。

在一些实施例中，如图3所示，所述锥形头壳体11的外表面上形成有至少一条凸出的锚固肋112，所述锚固肋112在所述锥形头壳体11的锥形表面上呈螺旋式排布。进一步地，锚固肋112朝锥形头壳体11的转动方向倾斜预定角度；锥形头壳体11可以通过安装杆18将锚固肋112嵌入管片31壁后待测基质(或土层33)中。锚固肋112可使得该锥形头壳体11与土层33耦合的更加紧密，也有利于锥形头壳体11更加容易钻入土层33。

在一些实施例中，如图3所示，所述过滤介质12包括第一过滤层12a和第二过滤层12b。其中，所述第一过滤层12a为紧贴在所述锥形头壳体11的内表面的滤布；所述第二过滤层12b为填充在所述滤布与所述压力传感元件13之间的滤砂。

进一步地，滤布可为土工布，是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，利用涤纶短纤针刺土工布良好的透气性和透水性，使水流通过，而有效地截留土颗粒，细沙、小石料等。进一步地，滤砂可在压力传感元件13周边进行填充级配，例如中砂占比30％、粗砂占比70％。中砂层与粗砂层之间也可布置间隙更小的滤布。

在一些实施例中，如图3所示，所述锥形头壳体11的尾端具有用于封堵所述过滤介质12的结构，例如，所述锥形头壳体11在其尾端布置的用于封堵所述过滤介质12的结构为底盖15，所述底盖15与所述锥形头壳体11的连接部位设置密封件16。该底盖15以可拆卸方式组装，如螺纹连接或卡接，以放置或更换内部的过滤介质12或压力传感元件13。

在一些实施例中，如图3所示，锥形头壳体11的尾端还布置有尾端接头14，所述尾端接头14上形成有螺纹连接部，用于与安装杆18螺纹连接。该尾端接头14主要用于对接安装杆18，以便锥形头壳体11的安装过程。

进一步地，所述尾端接头14与所述锥形头壳体11一体成型或者通过螺纹紧固件连接。优选地，如图3所示，在所述尾端接头14与所述锥形头壳体11通过螺纹紧固件连接的情况下，所述锥形头壳体11上形成有螺纹孔113，所述尾端接头14的前端形成有对接法兰141，对接法兰141上形成有与所述螺纹孔113对应的连接孔142；所述尾端接头14的后端为具有所述螺纹连接部的连接管143，所述连接管143用于与安装杆18连接。螺纹紧固件可为螺栓19，其设置数量可根据实际需求设定。

在一些实施例中，如图2和图3所示，所述孔隙水压力监测装置还包括安装杆18，所述安装杆18为空心杆，其前端形成有与所述尾端接头14的连接管143连接的螺纹结构，使得所述安装杆18能与所述尾端接头14螺纹连接。所述安装杆18为能弯曲但不能扭曲的柔性管。可选地，尾端接头14可采用不锈钢等高强度材料；所述安装杆18可采用橡胶钢丝复合管等。

扭转安装杆18正向转动时，带动锥形头壳体11嵌入待测基质中；反向扭转安装杆18时，安装杆18与锥形头壳体11的尾端接头14脱离并将安装杆移出，满足快速拆解的需求，该装置安装完成后，可将安装杆18反向转动，使安装杆18与锥形头壳体11脱离；然后将安装杆18移出注浆孔外，并对注浆孔快速封堵，恢复管片31原有状态，避免该装置被注浆覆盖风险，实现对盾构隧道壁后地层孔隙水压力的准确、有效测量。

在以上实施例中，锥形头壳体11的锚固肋112的螺旋方向、尾端接头14与安装杆18的螺旋连接方向应该进行匹配。

首先扭转安装杆18带动锥形头壳体11正向转动，所述锥形头壳体11上的锚固肋112将锥形头壳体11嵌入待测基质中；盾构隧道壁后土层33中的孔隙水在压力下渗流通过渗水孔111，接触并渗流到锥形头壳体11内；压力传感元件13可将地下水压力信号转换成电信号；从而实现对地层中孔隙水压力的测量。

若反向扭转安装杆18，使安装杆18与尾端接头14脱离并将安装杆18移出注浆孔外，满足快速拆解的需求，随后快速对注浆孔注浆封堵，恢复管片31原有状态，即可完成该孔隙水压力监测装置的安装。

在一些实施例中，所述孔隙水压力监测装置还包括信号传输模块，所述信号传输模块与所述压力传感元件13连接，并通过有线或无线方式将其感测的信号传出。

可选地，所述信号传输模块包括导线17，所述导线17从所述锥形头壳体11穿出的部位设置有防水件。对应地，安装杆18与尾端接头14均为中空结构，以便导线17走线。

在一些实施例中，所述孔隙水压力监测装置可检测的地下水压力范围为0～600kpa。

在一些实施例中，本实用新型也提供了一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统(以下可简称为该系统)，如图4所示，该系统包括孔隙水压力监测装置10和处理器20。

孔隙水压力监测装置在盾构隧道壁后布置有两个以上，且位于不同点位；处理器20与各所述孔隙水压力监测装置的压力传感元件13连接，用于接收所述压力传感元件13发出的信号。

在该实施例中，该盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统同时布置有两个或更多个的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，该系统可以实现多个埋设点渗透(孔隙)水压力的实时监测，为获得更加精确的孔隙水压力信息，可对各个装置的监测数据进行后期处理，例如加权平均等。若一个装置的监测数据与其他监测单元的监测数据的差值较大，可对该异常数值进行排除，以不影响整个监测系统的准确性；此外，该系统的各个装置是分节设置的，其组装方式灵活，数量可根据实际需求而定。

该盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统可应用于隧道壁后孔隙水压力多点监测、实时显示，可实现盾构隧道壁后地层孔隙水压力长期监测。

本实用新型实施例的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置及系统不仅可用于盾构隧道、隧道出口挡墙护坡的孔隙水压力监测，也可用于其他土建工程，如水利坝体和桥梁基层等。

本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述孔隙水压力监测装置包括：锥形头壳体和布置于所述锥形头壳体内的过滤介质、压力传感元件；

其中，所述锥形头壳体布置有若干个渗水孔，所述压力传感元件埋设在所述过滤介质内，以对从所述渗水孔渗透进入所述锥形头壳体内的孔隙水进行过滤，所述压力传感元件用于感测孔隙水压力。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述锥形头壳体的外表面上形成有至少一条凸出的锚固肋，所述锚固肋在所述锥形头壳体的锥形表面上呈螺旋式排布。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述过滤介质包括第一过滤层和第二过滤层；

所述第一过滤层为紧贴在所述锥形头壳体的内表面的滤布；

所述第二过滤层为填充在所述滤布与所述压力传感元件之间的滤砂。

4.根据权利要求1所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述锥形头壳体的尾端具有用于封堵所述过滤介质的结构，其尾端还布置有尾端接头，所述尾端接头上形成有螺纹连接部，用于与安装杆螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述尾端接头与所述锥形头壳体一体成型或者通过螺纹紧固件连接；

在所述尾端接头与所述锥形头壳体通过螺纹紧固件连接的情况下，所述锥形头壳体上形成有螺纹孔，所述尾端接头的前端形成有对接法兰，对接法兰上形成有与所述螺纹孔对应的连接孔；

所述尾端接头的后端为具有所述螺纹连接部的连接管，所述连接管用于与安装杆连接。

6.根据权利要求5所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述孔隙水压力监测装置还包括安装杆，所述安装杆为空心杆，其前端形成有与所述尾端接头的连接管连接的螺纹结构，使得所述安装杆能与所述尾端接头螺纹连接；

所述安装杆为能弯曲但不能扭曲的柔性管。

7.根据权利要求1所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述孔隙水压力监测装置还包括信号传输模块，所述信号传输模块与所述压力传感元件连接，并通过有线或无线方式将其感测的信号传出。

8.根据权利要求7所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述信号传输模块包括导线，所述导线从所述锥形头壳体穿出的部位设置有防水件。

9.根据权利要求4所述的盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测装置，其特征在于，所述锥形头壳体在其尾端布置的用于封堵所述过滤介质的结构为底盖，所述底盖与所述锥形头壳体的连接部位设置密封件。

10.一种盾构隧道壁后地层孔隙水压力监测系统，其特征在于，所述孔隙水压力监测系统包括：

如权利要求1至9中任一项所述的孔隙水压力监测装置，其在盾构隧道壁后布置有两个以上，且位于不同点位；

处理器，所述处理器与各所述孔隙水压力监测装置的压力传感元件连接，用于接收所述压力传感元件发出的信号。

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