一种盾构隧道管片内、外力联合测试装置及制作埋设方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种盾构隧道管片内、外力联合测试装置，包括钢筋应变计、土压力传感器、止水钢板和线缆保护盒及连接螺杆，所述的钢筋应变计一端连接钢筋应变计线缆，并通过铅丝绑扎法与管片钢筋笼连接，所述的钢筋应变计线缆穿过线缆保护盒，所述的线缆保护盒通过连接螺杆与止水钢板相连接，并在连接螺杆与线缆保护盒之间设有调节螺帽和垫片，线缆保护盒的底面布有相应数量的穿线孔，其顶面设有线缆保护盒盖子和线缆保护盒底部防护海绵。本发明专利技术的有益效果是：本装置的钢筋应变计通过铅丝绑扎法与管片钢筋笼连接，从而省去切割钢筋笼、焊接钢筋应力计到连接杆工序，在管片预制厂的埋设时间大大缩短，对管片预制厂的生产生影响较小。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道管片内、外力联合测试装置及制作埋设方法
本专利技术属于岩土工程测试领域，尤其是涉及一种盾构隧道管片内力及管片外土压力联合测试装置的制作和埋设方法。
技术介绍
盾构法是隧道施工最为普遍的施工方法，其工作机理是由盾构机刀盘切削、螺旋输送机出土、液压千斤顶推进、管片拼装系统将标准的预制钢筋混凝土管片进行整环连续拼装进，从而形成衬砌隧道结构体系，其中衬砌隧道每环由若干管片通过螺栓进行连接，每环管片与相邻环的管片也是通过螺栓进行连接，使得整条隧道密布了管片与管片螺栓连接点。由于螺栓连接点的存在，其环向及纵向刚度均较差，在隧道施工完成后往往出现因地层软弱或近接工程施工而引起隧道变形，甚至使得隧道的变形超限，从而可威胁到隧道的安全运营。当隧道变形较大时，设计、施工和隧道运营管理单位极亟需了解和掌握隧道，尤其是其重点断面周边的土压力及管片的内力情况，这就需要预先在管片上布设传感器。为了真实、准确地测试获得管片外的土压力及管片内力，施工前需要在管片外合理、可靠地布设土压力传感器及管片内布设应力计或应变计等，管片外的土压力可由土压力传感器直接测定，管片内力由应力计或应变计可间接测试计算获得。目前，管片上的土压力及管片内力的传感器埋设主要包括钻孔埋设法和预埋设法两种，其中钻孔埋设法是隧道管片拼装完成后，在管片上钻孔，其直径稍大于埋入传感器的直径，再将传感器插入，使测试面(头)露出管片外表面；预埋设法是在管片钢筋笼焊接完成后，再将传感器安装在钢筋笼内，传感器线头引出钢筋笼外，最后混凝土与传感器和钢筋笼浇筑成一体。例如申请号为201510746205.9的《一种盾构隧道水土压力监测棒》专利技术了一种可同时测量土压力和孔隙水压力的盾构隧道水土压力监测棒。该专利技术克服了传统测量方法难以实现管片表面孔隙水压力测量的难题，该设备可将传感器送至隧道同步注浆层以外，测量不受注浆层影响的真实土压力和孔隙水压力，克服了在管片表面安装土压力传感器的传统测量方法无法测量真实土压力的缺陷，另外，专利技术利用管片上预制的注浆孔进行土压力监测棒的安装，无需在管片上专门钻孔，克服了传统方法钻孔安装传感器对管片造成的破坏。申请号为201611031267.2的《一种盾构隧道管片外土压力的长期监测装置及方法》专利技术了一种应用光纤光栅测试管片外土压力的装置，该装置能有效降低土压力监测误差，安装成活率高，且具有抗电磁干扰、耐腐蚀、信号衰减小等特点，可长期、准确监测盾构隧道管片外土压力。另外，针对该装置还公开了一种盾构隧道管片外土压力的长期监测方法。申请号为201710277542.7的《一种预制盾构管片土压力传感器埋设方法》专利技术了一种简便、有效、安全、适用性强的预制盾构管片土压力传感器埋设方法。该专利技术通过套管使土压力传感器安装装置高度可以根据不同的盾构管片类型进行调整，适用性很强，同时采用“先套后置”的安装方式在盾构管片浇筑前预留孔道，盾构管片浇筑完成后再置入土压力传感器，避免了以前安装土压力传感器时引线不易穿出，易被混凝土浇筑掩埋的问题。考虑到管片生产的实际情况，在管片内传感器的埋设时，以下几个方面必须加以重视：1、管片钢筋笼在管片模机内浇筑混凝土后需将表面抹平整，不允许有明显的肉眼可见的凸出或凹陷。这是因为管片吊装机是通过吸盘抽真空将管片表面吸住，从而实现起吊。如果管片表面有凸出，则吸盘无法紧贴，如果表面有凹陷，则吸盘会漏气无法实现抽真空。所以，只要管片的表面不平整，管片就无法从成模机中吊出。鉴于以上原因，现有的管片外土压力传感器的埋设方法均采用先埋设防护钢板，待管片吊出后再凿除表面混凝土，移除防护钢板，再安装土压力传感器，这种埋设方法可以称为传感器后埋法。2、传感器线头不能长期浸水，否则水渗进传感器内部后将使传感器无效。鉴于以上原因，传感器线头在管片生产及养护的全过程中不能沾水。现有的传感器预埋法采用了内置的线缆保护盒，避免了传感器线头的浸水。3、管片内传感器的埋设需要设置止水钢板，这样做的目的是防止因传感器的埋设而使得管片内外留出了渗水通道。否则，管片在隧道施工后期出现漏水，影响隧道运营的安全。现有的传感器预埋法可以通过安装止水钢板来解决管片漏水。4、工厂管片生产是实行流水线生产，每环管片从钢筋笼制作、吊装注浆孔焊接、混凝土浇筑、蒸汽养护直至脱模都有严格的时间要求。若传感器安装时间过长，影响生产单位的效率，因此必须尽可能采取安装速度快捷的工艺和方法。5、不管是管片内力测试还是管片外土压力测试，其目的是为了了解管片现有的状况是否安全以及预测未来的状况。管片内力测试可以了解管片的结构安全状况，管片外土压力测试可以了解管片所处的外界荷载状况。但要做到对管片安全状况的综合分析，管片内外力的测试均不可缺少，传感器的布设应同时综合考虑采用土压力传感器、钢筋计、应变计及光纤、光栅等测试元件。综合以上分析，对现有盾构隧道管片测试传感器的埋设方法分析评价如下：1、传感器后埋法有三个问题难以解决：一是埋设工艺复杂，埋设时间过长，且预先埋设的防护钢板在拆除阶段极易出现钢板拆卸困难或拆卸后损伤土压力传感器的安装底盘，致使土压力传感器无法放入管片内，如此时间过长且工艺复杂的埋设方法是管片生产单位所不允许的；二是传感器后埋法需要将线缆穿过管片，这样就必须在管片内提前留出穿线的管子，而这跟管子的存在很容易使管片漏水；三是传感器线头无法埋入管片内，外露的线头在管片水池养护阶段会因为浸水而使得传感器失效。2、虽然监测棒的专利技术可以解决传感器后埋法遇到的上述三个问题，但因其采用的是应变片式的微型土压力传感器，测试精度受温度及线缆长度等多因素影响，测试结果的可靠度较振弦式传感器低。另外，在管片上打穿注浆孔埋设传感器对地层有严格的要求，若在透水性较高的地层实施，在注浆孔打穿后可能发生透水事故，对隧道的运营安全构成严重的威胁。3、传感器预埋法可以避免线头浸水及管片漏水，但该方法有两个缺点：一是该方法将土压力传感器或钢筋计在钢筋笼内预埋均需要进行焊接，并且钢筋应力计焊接还需要切断主钢筋，这样的埋设会耗费很长的时间；二是该方法埋设的土压力传感器需要露出管片表面，而为了吊装管片的需要又必须将管片表面抹平，这样就必须在抹平后将土压力传感器表层的混凝土凿除，作业十分困难，且易损坏土压力传感器。4、现有的传感器埋设装置的测试项目较为单一，无法对管片的状况进行风险评估。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种能实现在管片生产工厂安装快捷、方便，防水性能好，且不影响管片起吊的管片内力及管片外土压力联合测试的装置及埋设方法。盾构隧道管片内、外力联合测试装置，包括钢筋应变计、土压力传感器、止水钢板和线缆保护盒及连接螺杆，所述的钢筋应变计一端连接钢筋应变计线缆，并通过铅丝绑扎法与管片钢筋笼连接，所述的钢筋应变计线缆穿过线缆保护盒，所述的线缆保护盒通过连接螺杆与止水钢板相连接，并在连接螺杆与线缆保护盒之间设有调节螺帽和垫片，线缆保护盒的底面布有相应数量的穿线孔，其顶面设有线缆保护盒盖子和线缆保护盒底部防护海绵；所述的止水钢板的底面固定有土压力传感器出线端，顶面安放土压力传感器，所述的土压力传感器的土压力传感器线缆也通过穿线孔进入线缆保护盒，在各传感器的线缆穿入线缆保护盒后，对线缆保护盒底部施打线缆保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：包括钢筋应变计(1)、土压力传感器(9)、止水钢板(2)和线缆保护盒(7)及连接螺杆(5)，所述的钢筋应变计(1)一端连接钢筋应变计线缆(3)，并通过铅丝绑扎法与盾构管片钢筋笼(17)连接，所述的钢筋应变计线缆(3)穿过线缆保护盒(7)，所述的线缆保护盒(7)通过连接螺杆(5)与止水钢板(2)相连接，并在连接螺杆(5)与线缆保护盒(7)之间设有调节螺帽(11)和垫片(16)，线缆保护盒(7)的底面布有相应数量的穿线孔(10)，其顶面设有线缆保护盒盖子(8)和线缆保护盒底部防护海绵(20)；所述的止水钢板(2)的底面固定有土压力传感器出线端(4)，顶面安放土压力传感器(9)，所述的土压力传感器(9)的土压力传感器线缆(6)也通过穿线孔(10)进入线缆保护盒(7)，在各传感器的线缆穿入线缆保护盒(7)后，对线缆保护盒底部施打线缆保护盒底部防水玻璃胶(12)、顶部施打线缆保护盒顶部防水玻璃胶(15)进行防水密封；所述的线缆保护盒顶部防水玻璃胶(15)打施完成后，在土压力传感器(9)的上部及线缆保护盒的下部各放置与土压力传感器(9)及线缆保护盒盖子(8)直径相同的土压力传感器防护海绵(13)，所述的土压力传感器防护海绵(13)上再铺设防护绒布(14)和薄膜。...

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：包括钢筋应变计(1)、土压力传感器(9)、止水钢板(2)和线缆保护盒(7)及连接螺杆(5)，所述的钢筋应变计(1)一端连接钢筋应变计线缆(3)，并通过铅丝绑扎法与盾构管片钢筋笼(17)连接，所述的钢筋应变计线缆(3)穿过线缆保护盒(7)，所述的线缆保护盒(7)通过连接螺杆(5)与止水钢板(2)相连接，并在连接螺杆(5)与线缆保护盒(7)之间设有调节螺帽(11)和垫片(16)，线缆保护盒(7)的底面布有相应数量的穿线孔(10)，其顶面设有线缆保护盒盖子(8)和线缆保护盒底部防护海绵(20)；所述的止水钢板(2)的底面固定有土压力传感器出线端(4)，顶面安放土压力传感器(9)，所述的土压力传感器(9)的土压力传感器线缆(6)也通过穿线孔(10)进入线缆保护盒(7)，在各传感器的线缆穿入线缆保护盒(7)后，对线缆保护盒底部施打线缆保护盒底部防水玻璃胶(12)、顶部施打线缆保护盒顶部防水玻璃胶(15)进行防水密封；所述的线缆保护盒顶部防水玻璃胶(15)打施完成后，在土压力传感器(9)的上部及线缆保护盒的下部各放置与土压力传感器(9)及线缆保护盒盖子(8)直径相同的土压力传感器防护海绵(13)，所述的土压力传感器防护海绵(13)上再铺设防护绒布(14)和薄膜。2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：钢筋应变计(1)的分辨力为0.01～0.015％FS，综合误差1.5％FS，，测温范围-25℃～+60℃；土压力传感器(9)的量程范围为0.02～0.4MPa，准确度级别为:0.2级，输出灵敏系数S为1000-30με/MPa，外形尺寸D为直径8～10cm，厚度2.0～2.5cm。3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：钢筋应变计(1)和土压力传感器(9)的线缆长1.5～2m，在管片现场安装后再接长。4.根据权利要求1所述的盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：止水钢板(2)的厚度为3～4mm，切割成长宽均为12～15cm，钢板中心位置钻出一个直径32～36mm的孔。不锈钢的连接螺杆(5)的直径为6～8mm，长度为管厚度减去4～6cm。5.根据权利要求1所述的盾构隧道管片内、外力联合测试装置，其特征在于：线缆保护盒(7)的直径约8～10cm，高约6～8cm，底面四周钻直径4～6mm的小孔，底面其它部位均匀分布的钻若干个直径6～8mm的小孔。6.一种如权利要求1所述盾构隧道管片内、外力联合测试装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)预先准备一块钢板，将该钢板切割成正方形，并在钢板中心位置钻孔，制作成止水钢板；2)准备带盖线缆保护盒，将线缆保护盒底面四周钻四...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晔，丁修恒，姚燕明，朱瑶宏，刘干斌，熊勇林，
申请(专利权)人：宁波大学，中铁上海工程局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33