一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统技术方案

本申请公开了一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，系统包括：振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；钢筋应力计，布置在混凝土管片内；应变计，埋设在混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的混凝土管片的开合度；振弦式液位传感器，其测量测点与参照点的高程的变化；埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统
本公开一般涉及岩土工程监测领域，具体涉及一种强荷载作用下变形敏感区地铁盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统。
技术介绍
下穿高铁的地铁盾构隧道施工过程中，对地层的变形控制要求极高。小半径叠落隧道下穿高铁工程存在多风险源，对地层稳定控制与施工过程优化提出严峻考验。同时，监控量测与支承结构长期健康评估是现代地铁隧道信息化施工中必不可少的重要组成部分。半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道安全是施工期和长期稳定关注的重点，这个区段的隧道容易发生管片受载过大，造成管片内力增加，出现管片变形甚至管片错台等不均匀沉降现象。目前通常只是针对具体的某种监测量，如管片荷载、管片变形进行监测，很少针对管片开展综合性的监测评价，而且难于做到实时监测、自动采集。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种强荷载作用下变形敏感区地铁盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统。第一方面，本申请实施例提供了一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，包括：振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；钢筋应力计，布置在混凝土管片内，用以长期监测混凝土管片内的钢筋的应力，所述钢筋计与待测钢筋的直径相匹配，所述混凝土管片内设有用以监测安装位置环境温度的温度传感器；应变计，埋设在所述混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的所述混凝土管片的开合度；振弦式液位传感器，其由若干含有液位传感器的容器组成，所述容器包括参照点容器和测点容器，所述参照点容器安装在参照点位置，所述测点容器与所述参照点容器的标高不同，通过测量所述参照点容器和所述测点容器的液位变化，测量测点与参照点的高程的变化；埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。在本申请的某些实施例中，隧道的每个监测断面均设置4-6个土压力测点、钢筋应力测点、和混凝土应变测点。进一步的，每个所述钢筋应力测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述钢筋应力计。每个所述混凝土应变测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述应变计。在本申请的某些实施例中，所述土压力计固定在盾构管片的钢筋笼上，每个所述土压力测点上安装所述土压力计。在本申请的某些实施例中，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用振弦式传感器，并根据下式获得相应测量值：式中：A——测量值；K——传感器的标定系数（με/Hz2）；fi——传感器实时测量值（Hz）；f0——传感器的初始测量值（Hz）；f——温度修正系数（με/℃）；Ti——传感器实时温度值（℃）；T0——传感器的初始温度值（℃）。进一步的，所述渗压计采用连接有四芯屏蔽电缆的振弦式渗压计，所述应变计采用专用屏蔽线缆的振弦式应变计。在本申请的某些实施例中，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用光纤光栅式传感器，并根据下式获得相应测量值：E=k1(λ-λ0)+B1(λt1-λt0)+k2(λ-λ0)2+B2(λt1-λt0)2+C+α(S-S0)式中E为被测值，k1、k2为一次及二次波长系数，B1、B2为一次温度、二次温度影响系数，λ为测量波长值，λ0、λt0为波长初始值，C为常数项，S、S0为水压计的外界大气压力，α为压强修正系数。在本申请的某些实施例中，所述渗压计采用铠装光纤光栅式渗压计，在每个盾构管片混凝土块上设置两个所述测缝计。在本申请的某些实施例中，监测系统还包括用以对传感器信号进行实时自动采集、储存、运算、报告与预警的数据实时采集单元。在本申请的某些实施例中，监控系统还包括与所述光纤光栅式传感器连接的光纤解调仪。在本申请的某些实施例中，所述数据实时采集单元之间组成光纤通讯测量网络，并通过光纤通讯将采集到的现场数据发到监测中心。本申请实施例提供的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，对管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降开展监测，实现了对盾构隧道各项参数的实时监测，通过自动化数据采集，可以将数据实时传输出洞口，便于远程监控。通过对管片土压力、渗透压力、应力、应变、裂缝张开量和沉降量的监测，使得监测项目更加合理，这不仅可以全方位、多层次地反映土层及管片衬砌结构的变形和受力特点，而且经整理和分析得到的量测数据、信息可及时反馈到设计施工中，对进一步优化设计和施工方案，起到安全预警的作用，从而达到安全、经济、快速施工的目的。通过开展盾构隧道的综合性监测评价，可以对半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道变形提供强有力的监测，通过对监测数据进行分析能够综合判断地层稳定和隧道管片结构的安全状况，从而确保隧道的施工期安全和长期稳定性。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1示出了本申请实施例中土压力计安装布置图；图2示出了本申请实施例中渗压计安装布置图；图3示出了本申请实施例中钢筋计和混凝土应变计安装布置图；图4示出了本申请实施例中表面式裂缝计和静力水准仪安装布置图；图5示出了本申请实施例中埋入式测缝计安装布置图；图6示出了本申请实施例中监测系统构成图；其中，1、土压力计；2、渗压计；3-1、钢筋计；3-2、混凝土应变计；4-1、第i环管片；4-2、第i+1环管片；4-3、第i+2环管片；4-4、表面式裂缝计；4-5、振弦式液位传感器；4-6、振弦式液位传感器数据线缆；5、埋入式测缝计；6-1、监测断面；6-3、监测断面传感器；；6-5、传感器数据线缆；6-6、数据采集单元；6-7、交换机；6-8、光纤；6-9、电脑；6-10、Internet或局域网；6-11、电源线；6-12、交流电源。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。如
技术介绍
中所介绍的，半径盾构隧道地层变形及下穿高铁桥隧道安全是施工期和长期稳定关注的重点，这个区段的隧道容易发生管片受载过大，造成管片内力增加，出现管片变形甚至管片错台等不均匀沉降现象。因此拟对管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降开展监测。地铁盾构隧道下穿如高铁线路、既有地铁线路、既有地铁车站等建构筑物，盾构隧道收到强荷载作用，而且这些建构筑物均为变形极为敏感区域，需重点对隧道管片的外荷载、结构内力、管片变形和管片不均匀沉降进行监测，确保隧道在强荷载（如高铁周期性振动）作用下的稳定性和地面建构筑物的安全。隧道结构监测对象主要为管片，监测内容包括管片外荷载、管片结构内力、管片变形和管片的不均匀沉降。本监测方法选择振弦式或光纤光栅系列传感器作为地铁隧道结构长期监测的主要传感器，具体的传感器类型、安装方法和建立的监测系统如下。在观测区间，设置i个监测断面（视上覆荷载的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，包括：振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；钢筋应力计，布置在混凝土管片内，用以长期监测混凝土管片内的钢筋的应力，所述钢筋计与待测钢筋的直径相匹配，所述混凝土管片内设有用以监测安装位置环境温度的温度传感器；应变计，埋设在所述混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的所述混凝土管片的开合度；振弦式液位传感器，其由若干含有液位传感器的容器组成，所述容器包括参照点容器和测点容器，所述参照点容器安装在参照点位置，所述测点容器与所述参照点容器的标高不同，通过测量所述参照点容器和所述测点容器的液位变化，测量测点与参照点的高程的变化；埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，包括：振弦式或光纤光栅式土压力计，以受压面面向土体的方式埋设在管片外表面；渗压计，埋设在隧道衬砌内，用以监测隧道衬砌渗透压力；钢筋应力计，布置在混凝土管片内，用以长期监测混凝土管片内的钢筋的应力，所述钢筋计与待测钢筋的直径相匹配，所述混凝土管片内设有用以监测安装位置环境温度的温度传感器；应变计，埋设在所述混凝土管片内，用以监测混凝土的应变；振弦式表面裂缝计，其两端通过万向节分别布设在相邻的隧道混凝土管片上，用以监测相邻的所述混凝土管片的开合度；振弦式液位传感器，其由若干含有液位传感器的容器组成，所述容器包括参照点容器和测点容器，所述参照点容器安装在参照点位置，所述测点容器与所述参照点容器的标高不同，通过测量所述参照点容器和所述测点容器的液位变化，测量测点与参照点的高程的变化；埋设在混凝土管片中的测缝计，用以测量隧道管片的裂缝情况；数据采集单元，用以对各类岩土工程安全监测项目中传感器信号进行采集。2.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，隧道的每个监测断面均设置4-6个土压力测点、钢筋应力测点、和混凝土应变测点；每个所述钢筋应力测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述钢筋应力计；每个所述混凝土应变测点上分别沿隧道纵向和隧道环向安装所述应变计。3.根据权利要求2所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述土压力计固定在盾构管片的钢筋笼上，每个所述土压力测点上安装所述土压力计。4.根据权利要求1所述的盾构隧道地层稳定与隧道结构长期健康监测系统，其特征在于，所述渗压计、钢筋应力计、应变计和/或测缝计采用振弦式传感器，并根据下式获得相应测量值：式中：A——测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克金，张德文，黄兴，刘滨，李文，魏庆温，樊兵，孙捷城，门燕青，康永水，
申请(专利权)人：中铁十四局集团有限公司，中铁十四局集团隧道工程有限公司，中国科学院武汉岩土力学研究所，济南轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37