CN220366823U - 一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，涉及隧道施工技术领域，包括：支撑装置、多个拉线位移传感器和数据采集装置，支撑装置包括核心轴筒和多个围撑，各围撑环向固定在核心轴筒的外侧壁上，围撑的伸缩端用于顶紧管片；拉线位移传感器设置在围撑上以对围撑顶紧的管片的径向位移变化进行测量；数据采集装置固定设置于核心轴筒，数据采集装置用于与各拉线位移传感器电连接以采集各拉线位移传感器的实时测量数据，结构简单，实现对下行隧道收敛位移值的实时采集。

Description

一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置

技术领域

本实用新型涉及隧道施工技术领域，特别是涉及一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置。

背景技术

随着地下设施的日益增多，不可避免会出现新建盾构隧道近接运营隧道施工，由于受到周边环境因素的限制，有些区段会将两隧道空间位置由水平并行式改为上下重叠式，即叠合盾构隧道。从国内外工程实践来看长距离小净距的叠合隧道工程实例较少，且主要为短距离小角度重叠交叉隧道。在下行盾构隧道先行施工完成后，上行盾构隧道施工过程中，不可避免的会对下行已建盾构隧道产生扰动发生变形。为了减小叠合隧道施工的相互影响，有必要在下行隧道内进行支撑的同时实施对下行隧道的在整体变形形态实时监测，以及椭变规律实时评估，以便于对支撑在管片上的压力实时调整，尽可能减小施工影响。

目前，用于盾构隧道横向和纵向的变形监测方法主要有收敛尺、全站仪、巴塞特收敛系统、激光测距及三维激光扫描仪等，或无法完成数据的自动监测和采集，或易受到隧道内设备布置的影响，或造价昂贵无法大规模使用。当前结构健康监测的发展趋势为监控种类多、分布分散，安装空间狭小等，这些为实时监测提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，实现对下行隧道收敛位移值的实时采集。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，包括：支撑装置、多个拉线位移传感器和数据采集装置，所述支撑装置包括核心轴筒和多个围撑，各所述围撑环向固定在所述核心轴筒的外侧壁上，所述围撑的伸缩端用于顶紧管片；所述拉线位移传感器设置在所述围撑上以对所述围撑顶紧的所述管片的径向位移变化进行测量；所述数据采集装置固定设置于所述核心轴筒，所述数据采集装置用于与各所述拉线位移传感器电连接以采集各所述拉线位移传感器的实时测量数据。

优选的，所述围撑的数量为八个，八个所述围撑在所述核心轴筒的环向上等角度分布，且一个所述围撑上设置有一个所述拉线位移传感器。

优选的，所述围撑的伸缩端设置有弧形脚撑，所述弧形脚撑用于与所述管片接触，所述弧形脚撑上设置有拉线固定环，所述拉线固定环用于与所述拉线位移传感器的拉线固定连接。

优选的，还包括固定基座，所述固定基座焊接固定在所述核心轴筒内，所述数据采集装置通过螺栓固定在所述固定基座上。

优选的，所述数据采集装置与各所述拉线位移传感器通过数据线连接。

优选的，还包括远程实时监测系统，所述远程实时监测系统与所述数据采集装置信号连接，所述远程实时监测系统用于对所述数据采集装置采集的位移变化数据进行实时采集，并通过实时采集的位移数据进行拟合得到隧道椭变形态特征曲线。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，在下行隧道的环向围撑上安装拉线式位移传感器，围撑施加压力支撑在盾构管片上，在每个围撑上安装拉线式位移传感器，实时采集位移变化数据，并传输到数据采集设备上，结构简单，实现对下行隧道收敛位移值的实时采集。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的叠合盾构隧道施工椭变监测装置的结构示意图；

图2为环形管片内监测点简化为直角坐标系；

图3为变形后隧道形态图；

图中：1、管片；2、核心轴筒；3、围撑；4、拉线位移传感器；5、拉线固定环；6、弧形脚撑；7、数采集装置；8、固定基座。

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，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，结构简单，实现对下行隧道收敛位移值的实时采集。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型提供一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，如图1所示，包括：支撑装置、多个拉线位移传感器4和数据采集装置7，所述支撑装置包括核心轴筒2和多个围撑3，各所述围撑3环向固定在所述核心轴筒2的外侧壁上，所述围撑3的伸缩端用于顶紧管片1；所述拉线位移传感器4设置在所述围撑3上以对所述围撑3顶紧的所述管片1的径向位移变化进行测量；所述数据采集装置7固定设置于所述核心轴筒2，所述数据采集装置7用于与各所述拉线位移传感器4电连接以采集各所述拉线位移传感器4的实时测量数据，在下行隧道的环向围撑3上安装拉线式位移传感器，围撑3施加压力支撑在盾构管片1上，在每个围撑3上安装拉线式位移传感器，实时采集位移变化数据，并传输到数据采集设备上，结构简单，实现对下行隧道收敛位移值的实时采集。

本实施例的一个优选的方案中，所述围撑3的数量为八个，八个所述围撑3在所述核心轴筒2的环向上等角度分布，且一个所述围撑3上设置有一个所述拉线位移传感器4，其中一个围撑3竖直设置顶紧在管片1的正上方。

本实施例的一个优选的方案中，所述围撑3的伸缩端设置有弧形脚撑6，所述弧形脚撑6用于与所述管片1接触，所述弧形脚撑6上设置有拉线固定环5，所述拉线固定环5用于与所述拉线位移传感器4的拉线固定连接，结构简单。

本实施例的一个优选的方案中，叠合盾构隧道施工椭变监测装置还包括固定基座8，所述固定基座8焊接固定在所述核心轴筒2内，所述数据采集装置7通过螺栓固定在所述固定基座8上，结构简单。

本实施例的一个优选的方案中，所述数据采集装置7与各所述拉线位移传感器4通过数据线连接，结构简单。

本实施例的一个优选的方案中，叠合盾构隧道施工椭变监测装置还包括远程实时监测系统，所述远程实时监测系统与所述数据采集装置7信号连接，所述远程实时监测系统用于对所述数据采集装置7采集的位移变化数据进行实时采集，并通过实时采集的位移数据进行拟合得到隧道椭变形态特征曲线。

具体实施方案：在下行隧道的环向八爪围撑3上安装8个拉线式位移传感器(图1)，8个围撑3等角度(45°)分布，围撑3施加压力支撑在盾构管片1上，在每个围撑3上安装拉线式位移传感器，实时采集位移变化数据，并传输到数据采集设备上。

远程实时监测系统的工作过程为记环形管片1顶部的监测点为1号，编号按顺时针方向为1～8号点(图2)，记为D1～D8，下行盾构隧道在未受到施工扰动时可以将每一环管片1视为一个标准圆，以圆心为坐标原点建立平面直角坐标系。

盾构隧道内径记为r，由此得到8个监测点位的初始坐标值为(公式1)：

测得管片1环向8个点位的初始值为(l₁～l₈)，并测得某一时刻的管片1环向8个点位的值为(l_t1～l_t8)。根据公式2得到某一时刻的管片1环向8个点位的位移变化值为(Δl₁～Δl₈)，以及根据公式3得到8个监测点位的实时坐标值。

由于叠合盾构隧道下行段在受到上行段的施工扰动后，盾构隧道结构发生椭变。针对8个测点的隧道位移收敛监测值提出一种基于盾构隧道收敛值的小样本综合椭圆拟合方法。

将椭圆二次曲线方程写为

F(A,X)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²＝0 (4)

式中，A＝[a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]为参数矩阵，X＝[1,x_i,y_i,x_i ²,x_iy_i,y_i ²]^T为未知数矩阵，(x_i,y_i)为i＝1-8D₁-D₈点的坐标。基于8个点坐标运用最小平方中值法求残差平方的中值取其中的最小值，所对应的参数A即为最终的拟合椭圆的参数，具体计算步骤如下：

步骤一：在待拟合点中任意选取五个点，将5个点坐标带入公式(4)通过解线性方程组的方法获得一组椭圆参数系数A＝[a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]，本专利中监测点为8个点，取同一时刻的8个监测点的收敛值运用公式(2)(3)转化为同一坐标系下的8个点的坐标值，任意取5个点作为一组拟合点。

步骤二：针对该组5个拟合点坐标带入公式(4)求解方程组，获得椭圆参数向量A_j＝[a_0j,a_1j,a_2j,a_3j,a_4j,a_5j]，据此Aj分别对组成的椭圆曲线方程求误差的平方，公式如下:

求取误差平方的中值:

步骤三：重复上述步骤一和步骤二m次，其中即可得到m个中值选取其中最小的一个，它所对应的参数向量Aj就是最佳拟合椭圆的参数。

在得到最满足拟合椭圆的参数A＝[a₀,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]的值后，得到椭圆标准方程，即

F(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²＝0 (6)

将标准椭圆方程常数项归一化得到椭圆方程

Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+1＝0 (7)

根据得到的参数A、B、C、D、E根据公式(8)计算椭圆几何中心：

在该专利提供的监测方法中椭圆不发生偏转故长轴倾角为0

椭圆的长半轴a和短半轴b，即

椭圆方程可以表示为：

如图3，将椭圆方程输入origin程序，得到椭圆曲线，曲线即为变形后的隧道形态。

本实用新型自动化程度高、安装便捷，实用价值高，能实现对下行隧道内管片1的收敛变形值做到实时监控，并且通过计算和曲线拟合实时确定叠合盾构隧道某一环管片1的椭变形态，实现实时监测实时评估。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：包括：

支撑装置，所述支撑装置包括核心轴筒和多个围撑，各所述围撑环向固定在所述核心轴筒的外侧壁上，所述围撑的伸缩端用于顶紧管片；

多个拉线位移传感器，所述拉线位移传感器设置在所述围撑上以对所述围撑顶紧的所述管片的径向位移变化进行测量；以及

数据采集装置，所述数据采集装置固定设置于所述核心轴筒，所述数据采集装置用于与各所述拉线位移传感器电连接以采集各所述拉线位移传感器的实时测量数据。

2.根据权利要求1所述的叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：所述围撑的数量为八个，八个所述围撑在所述核心轴筒的环向上等角度分布，且一个所述围撑上设置有一个所述拉线位移传感器。

3.根据权利要求1所述的叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：所述围撑的伸缩端设置有弧形脚撑，所述弧形脚撑用于与所述管片接触，所述弧形脚撑上设置有拉线固定环，所述拉线固定环用于与所述拉线位移传感器的拉线固定连接。

4.根据权利要求1所述的叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：还包括固定基座，所述固定基座焊接固定在所述核心轴筒内，所述数据采集装置通过螺栓固定在所述固定基座上。

5.根据权利要求1所述的叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：所述数据采集装置与各所述拉线位移传感器通过数据线连接。

6.根据权利要求5所述的叠合盾构隧道施工椭变监测装置，其特征在于：还包括远程实时监测系统，所述远程实时监测系统与所述数据采集装置信号连接，所述远程实时监测系统用于对所述数据采集装置采集的位移变化数据进行实时采集，并通过实时采集的位移数据进行拟合得到隧道椭变形态特征曲线。