盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法技术方案

本发明专利技术的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法，针对现有盾构隧道管片环缝接头处变形的监测方法局限性较大，无法监测管片环缝接头处外侧与土体接触部分的变形的问题。它包括环缝变形监测装置，调制解调仪及计算机，每两个相邻管片的环缝接头的内侧安装一个环缝变形监测装置；环缝变形监测装置、调制解调仪及计算机信号连接；监测方法：利用环缝变形监测装置直接测出管片环缝接头的相对水平位移wi，环缝接头内侧错开距离vi，及两管片的相对转角θ，再间接计算出管片环缝接头内侧张开距离zi、管片环缝接头外侧错开距离vo、及外侧张开距离zo，同时对盾构隧道环缝接头内、外侧张开和错开变形进行高精度自动化实时监测。

【技术实现步骤摘要】
盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法
本专利技术涉及隧道变形监测
，特别涉及一种盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法。
技术介绍
在盾构隧道监测中，常规进行监测的变量有隧道的侧向位移、竖向位移以及水平收敛，通过这些变量的监测在一定程度上可以大体反映盾构隧道整体结构的变形形态的。不过，盾构隧道作为一个由多个管片螺栓拼接起来的三维结构体，对相邻两个管片环缝接头处的变形进行监测也极为重要，尤其在盾构隧道沿纵向发生不均匀沉降的时候，管片环缝接头处会产生一定的变形(包括张开和错开)，变形的大小直接影响着管片环缝接头处的安全性能，因此在一定情况下有必要对盾构隧道管片环缝接头处的变形进行监测。目前，实际工程中对于盾构隧道管片环缝接头处变形的监测主要有以下几种方法：一种是人工直接拿千分尺在隧道结构内部进行测量，该方法比较直接，但是需要人工进入到隧道内进行测量，安全性较差，不能做到数据实时连续采集，而且测量结果人为因素占比比较大；一种是基于布里渊散射技术，通过合理设计，将盾构隧道管片错台变形转换成变形梁梁体的应变监测，该方法可以实现大规模实时在线监测，但是监测的内容比较单一，只能对管片的错台变形进行监测，并不能同时监测到管片环缝接头处的错开和张开变形；另一种方法是由隧道扫描车利用三维扫描技术获得管片环缝接头处的张开和错开变形信息，但是这种方法也只能对管片环缝接头处内部张开和错开变形进行监测，当相邻两个管片发生相对转动时，管片环缝接头处内、外侧的变形是不一样的，而实际上影响盾构隧道结构是否漏水的根本在于管片环缝接头处外侧与土体接触部分的变形。
技术实现思路
针对现有盾构隧道管片环缝接头处变形的监测方法局限性较大，无法监测管片环缝接头处外侧与土体接触部分的变形的问题。本专利技术的目的是提供一种盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法，将对盾构隧道管片的变形监测转换成应变监测，提高了监测精度，而且，能够同时对环缝接头内、外侧张开和错开变形进行高精度实时自动化监测。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：盾构隧道环缝变形的自动化监测系统，它包括多个环缝变形监测装置，每两个相邻管片的环缝接头的内侧安装一个所述环缝变形监测装置；一调制解调仪以及一台计算机，多个所述环缝变形监测装置分别与所述调制解调仪通过信号连接，所述计算机与所述调制解调仪信号连接；所述环缝变形监测装置包括一固定杆、一万向传动装置，两个倾角传感器，以及垂直固接的一个水平应变计和一个竖向应变计，所述固定杆和所述万向传动装置相对设置，所述固定杆垂直连接于一个管片的内侧，所述万向传动装置则垂直连接于另一个管片内侧的端部，所述水平应变计的另一端与所述固定杆的端部垂直固接，所述竖向应变计的另一端与所述万向传动装置铰接，而且，所述万向传动装置的转动轴心与所述竖向应变计的轴线重合，两个所述倾角传感器分别连接在所述固定杆和所述万向传动装置上。优选的，所述万向传动装置包括相铰接的万向节及传动轴，所述万向节连接于所述管片内侧的端部，所述传动轴与所述竖向应变计固接。优选的，所述固定杆和所述万向传动装置分别粘贴于相邻两个所述管片的内壁，两个所述倾角传感器则分别粘贴于所述固定杆和所述万向传动装置的外壁。优选的，它还包括一连接件，所述水平应变计和所述竖向应变计的端部分别与所述连接件垂直固接。优选的，所述水平应变计、所述竖向应变计均为光纤光栅应变计，而且，所述水平应变计、所述竖向应变计与所述调制解调仪之间，以及所述调制解调仪与所述计算机之间通过光缆信号连接。另外，本专利技术还提供了一种盾构隧道环缝变形的自动化监测方法，步骤如下：S1：在每两个相邻管片的环缝接头的内侧分别安装一个如权利要求1至5任一项所述的环缝变形监测装置，各所述环缝变形监测装置通过调制解调仪与计算机信号连接；S2：通过所述环缝变形监测装置的水平应变计获得管片环缝接头的相对水平位移wi，通过所述环缝变形监测装置的竖向应变计获得管片环缝接头内侧错开距离vi，通过所述环缝变形监测装置的两个倾角传感器获得环缝接头两管片的相对转角θ，通过公式一计算出管片环缝接头内侧张开距离zi:通过公式二计算出管片环缝接头外侧错开距离vo：v0＝t×cosθ-(t-vi)(公式二)其中，t为所述管片厚度；通过公式三计算出管片环缝接头外侧张开距离zo：优选的，根据所述管片环缝接头内侧错开距离vi、所述管片环缝接头内侧张开距离zi、所述管片环缝接头外侧错开距离vo及所述管片环缝接头外侧张开距离zo，利用计算机软件绘制盾构隧道环缝接头实时变形曲线，所述实时变形曲线包含错开变形曲线和张开变形曲线。优选的，上述步骤S1还包括，安装所述环缝变形监测装置时，先将所述万向传动装置垂直粘贴于一个所述管片环缝接头的边缘，再将所述固定杆垂直粘贴于另一个所述管片上。本专利技术的效果在于：一、本专利技术的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统的核心设计思想在于，将盾构隧道管片环缝接头内、外侧的张开和错开变形监测转换成应变的监测，同时利用倾角传感器来实现对管片环缝接头内侧及外侧张开和错开变形同时进行监测；通过环缝变形监测装置的水平应变计获知环缝接头两管片的相对水平位移wi，通过环缝变形监测装置的竖向应变计获知管片环缝接头内侧错开距离vi，并通过两个倾角传感器得出环缝接头两管片的相对转角θ，然后，计算机根据上述监测数据运算得出管片环缝接头内侧张开距离zi、管片环缝接头外侧错开距离vo、以及管片环缝接头外侧张开距离zo，因此，本专利技术的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统将对盾构隧道管片的变形监测转换成应变监测，提高了监测精度，而且，能够同时对环缝接头内、外侧张开和错开变形进行高精度实时自动化监测。二、本专利技术的盾构隧道环缝变形的自动化监测方法，首先，利用环缝变形监测装置直接测量出管片环缝接头的相对水平位移wi，管片环缝接头内侧错开距离vi，及环缝接头两管片的相对转角θ，再间接计算得出管片环缝接头内侧张开距离zi、管片环缝接头外侧错开距离vo、及管片环缝接头外侧张开距离zo，能够同时对盾构隧道环缝接头内、外侧张开和错开变形进行高精度自动化实时监测，实现管片环缝接头外侧与土体接触部分变形的监测，该自动化监测方法效率高，而且监测结果精确。附图说明图1为本专利技术一实施例的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统的示意图；图2为本专利技术一实施例的环缝变形监测装置的结构示意图；图3为本专利技术一实施例中相邻两个管片环缝接头位置各变量的关系图。图中标号如下：管片1；环缝接头2；环缝变形监测装置10；调制解调仪20；光缆30；计算机40；固定杆11；水平应变计12；竖向应变计14；连接件15；万向传动装置17；倾角传感器18。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”、“左”、“右”与附图的上、下、左、右的方向一致，但这不能成为本专利技术技术方案的限制。结合图1和图2说明本专利技术的盾构隧道环缝变形的自动化监测系统，如图1所示，自动化监测系统包括多个环缝变形监测装置10，一个调制解本文档来自技高网...

【技术保护点】
盾构隧道环缝变形的自动化监测系统，其特征在于，它包括：多个环缝变形监测装置，每两个相邻管片的环缝接头的内侧安装一个所述环缝变形监测装置；一调制解调仪以及一台计算机，多个所述环缝变形监测装置分别与所述调制解调仪通过信号连接，所述计算机与所述调制解调仪信号连接；所述环缝变形监测装置包括一固定杆、一万向传动装置，两个倾角传感器，以及垂直固接的一个水平应变计和一个竖向应变计，所述固定杆和所述万向传动装置相对设置，所述固定杆垂直连接于一个管片的内侧，所述万向传动装置则垂直连接于另一个管片内侧的端部，所述水平应变计的另一端与所述固定杆的端部垂直固接，所述竖向应变计的另一端与所述万向传动装置铰接，而且，所述万向传动装置的转动轴心与所述竖向应变计的轴线重合，两个所述倾角传感器分别连接在所述固定杆和所述万向传动装置上。

【技术特征摘要】
1.盾构隧道环缝变形的自动化监测系统，其特征在于，它包括：多个环缝变形监测装置，每两个相邻管片的环缝接头的内侧安装一个所述环缝变形监测装置；一调制解调仪以及一台计算机，多个所述环缝变形监测装置分别与所述调制解调仪通过信号连接，所述计算机与所述调制解调仪信号连接；所述环缝变形监测装置包括一固定杆、一万向传动装置，两个倾角传感器，以及垂直固接的一个水平应变计和一个竖向应变计，所述固定杆和所述万向传动装置相对设置，所述固定杆垂直连接于一个管片的内侧，所述万向传动装置则垂直连接于另一个管片内侧的端部，所述水平应变计的另一端与所述固定杆的端部垂直固接，所述竖向应变计的另一端与所述万向传动装置铰接，而且，所述万向传动装置的转动轴心与所述竖向应变计的轴线重合，两个所述倾角传感器分别连接在所述固定杆和所述万向传动装置上。2.根据权利要求1所述的自动化监测系统，其特征在于：所述万向传动装置包括相铰接的万向节及传动轴，所述万向节连接于所述管片内侧的端部，所述传动轴与所述竖向应变计固接。3.根据权利要求1所述的自动化监测系统，其特征在于：所述固定杆和所述万向传动装置分别粘贴于相邻两个所述管片的内壁，两个所述倾角传感器则分别粘贴于所述固定杆和所述万向传动装置的外壁。4.根据权利要求1所述的自动化监测系统，其特征在于：还包括一连接件，所述水平应变计和所述竖向应变计的端部分别与所述连接件垂直固接。5.根据权利要求1所述的自动化监测系统，其特征在于：所述水平应变计、所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙廉威，吴小建，沈雯，沈蓉，程子聪，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31