一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，包括注浆孔轴管装置、内环保护装置及外环测量装置，注浆孔轴管装置包括注浆孔轴管(5)，注浆孔轴管(5)包括注浆孔轴管管片段(6)和注浆孔轴管端头段(7)，注浆孔轴管(5)内设有多条预留孔洞(9)，所述内环保护装置包括钢制保护盖(2)，该钢制保护盖(2)中心设有螺纹孔(4)，所述外环测量装置包括光纤光栅(12)。本实用新型专利技术的光纤光栅传感器，能够较为精确地测量管片外的水土压力，可全时段、全区间、全流程进行管片外水土压力监测，为隧道施工和运行阶段提供较为全面的洞外信息，一旦传感器遭到破坏，能够及时进行传感器的维修更换。

A fiber Bragg grating sensor for measuring shield segment pressure

【技术实现步骤摘要】
一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器
本技术属于隧道盾构施工期及运营期监测
，更具体地，涉及一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器。
技术介绍
随着我国地下工程，尤其是城市轨道交通工程建设的快速发展，盾构机发挥其效率高、扰动小及安全经济等特点，得到了普遍的应用。而随着大直径、超大直径隧道的不断出现，盾构预制管片拼装后的受力情况对隧道稳定性的影响受到越来越多的关注，因受力不均而产生的管片破坏、隧道上浮及管片间涌水等事故威胁着工程施工的安全。在预制管片拼装完成后，因隧道的密封性与盾构施工的复杂性，无法直接监测管片外的水土压力情况，目前针对管片外水土压力主要是通过从地面钻孔至管片附近进行间接测试或在管片外预埋应力传感器进行监测，但两种方法均在实际应用过程中存在弊端，间接测试方法对土体造成了扰动，使得测试结果准确度降低，而在管片外预埋应力传感器监测的方法，往往会因为施工对传感器造成损害而丧失监测功能，且管片外的预埋传感器一旦破坏就不能修复更换。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，能够较为精确地测量管片外的水土压力；传感器本身体积较小，拆装较为方便，且不占用额外的作业空间；可全时段、全区间、全流程进行管片外水土压力监测，为隧道施工和运行阶段提供较为全面的洞外信息；一旦壁外传感器遭到破坏，能够及时、方便的进行传感器的维修更换，可保证监测的连续性。为了实现上述目的，本技术提供一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，包括注浆孔轴管装置、设于该注浆孔轴管装置其中一侧的内环保护装置、及设于该注浆孔轴管装置另一侧的外环测量装置；其中，所述注浆孔轴管装置包括注浆孔轴管，该注浆孔轴管的外圆柱面上设置有螺纹，该螺纹与盾构管片上预留注浆孔的螺纹相匹配，所述注浆孔轴管包括注浆孔轴管管片段和注浆孔轴管端头段，所述注浆孔轴管管片段设于管片的注浆孔内，所述注浆孔轴管端头段与注浆孔轴管管片段对接，且延伸至管片内；所述注浆孔轴管内设有多条预留孔洞，各所述预留孔洞分布于所述注浆孔轴管管片段的外圆周上，且向所述注浆孔轴管端头段聚集并会于一条，从所述注浆孔轴管端头段内穿出；所述内环保护装置包括钢制保护盖，该钢制保护盖中心设有螺纹孔，并通过该螺纹孔套设于所述注浆孔轴管端头段上，以保护所述注浆孔轴管；所述外环测量装置包括光纤光栅，该光纤光栅穿过所述预留孔洞，在所述注浆孔轴管管片段靠近土体一侧构成阵列布局，实现对管片外土体压力的监测。进一步地，所述注浆孔轴管装置包括把手，该把手通过焊接的方式设于所述注浆孔轴管端头段的端面上。进一步地，所述注浆孔轴管整体为圆柱结构，设置在盾构管片内部，其外圆柱面上设有螺纹，该螺纹与盾构管片上预留的螺纹孔相匹配。进一步地，所述外环测量装置包括橡胶头，该橡胶头设于所述注浆孔轴管管片段的右端面上，整体为圆台状结构，该圆台状结构的外径与所述注浆孔轴管管片段的外径相同。进一步地，所述外环测量装置包括光纤光栅保护套，该光纤光栅保护套设于所述橡胶头的右端面上，与所述光纤光栅的右端面向贴合。进一步地，所述内环保护装置包括橡胶保护套，该橡胶保护套设于所述钢制保护盖外部。进一步地，所述内环保护装置包括十字把手，该十字把手整体为十字形分布的矩形板，设于所述钢制保护盖的端面上。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1.本技术的光纤光栅传感器，能够较为精确地测量管片外的水土压力；传感器本身体积较小，拆装较为方便，且不占用额外的作业空间；可全时段、全区间、全流程进行管片外水土压力监测，为隧道施工和运行阶段提供较为全面的洞外信息；一旦壁外传感器遭到破坏，能够及时、方便的进行传感器的维修更换，可保证监测的连续性。2.本技术的光纤光栅传感器，设计了一种依附于注浆孔的，可拆装的管片外水土压力监测装置，利用光纤光栅对水土压力进行传感反馈，实时监测管片外的受力情况，采取相应的应对措施，从而保证隧道施工的安全性。3.本技术的光纤光栅传感器，圆柱光纤结构设置在预留孔洞的内部，从预留孔洞的左端面穿出，连接外侧的光纤光栅调制解调仪，其右端用于测量盾构管片所受的应力情况，以便于对盾构管片的受力情况的及时掌控，提高整个盾构隧道的安全性，保证人员和设备的安全。4.本技术的光纤光栅传感器，螺纹旋向相反能够保证在安装和取下内环保护装置的时候不会导致注浆孔轴管装置的松动，提高该光纤光栅传感器的安全性和可靠性。5.本技术的光纤光栅传感器，设备简单、成本较低、无需在管片上另行预制孔洞等优点，在盾构隧道工程中具有积极地推广应用价值。附图说明图1为本技术实施例一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器结构示意图；图2为本技术实施例一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器配套装置横剖面示意图。在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-橡胶保护套、2-钢制保护盖、3-十字把手、4-螺纹孔、5-注浆孔轴管、6-注浆孔轴管管片段、7-注浆孔轴管端头段、8-把手、9-预留孔洞、10-橡胶头、11-光纤光栅保护套、12-光纤光栅。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。在盾构隧道施工过程中为确保隧道周围土体稳定，一般会通过管片上预留的注浆孔进行初次注浆、二次注浆，在注浆完毕后，注浆孔将被封堵起来，因此，盾构隧道一旦修建完成，则注浆孔成为连接洞内与洞外的唯一通道。如图1和图2所示，本技术提供测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，包括注浆孔轴管装置、内环保护装置和外环测量装置。注浆孔轴管装置设置在盾构管片内部，内环保护装置和外环测量装置分别设置在注浆孔轴管装置的内侧端和外侧端。内环保护装置为该光纤光栅传感器提供内环方向的保护，外环测量装置用于测量盾构管片压力，并将测量结果传递到光纤光栅调制解调仪，完成对盾构管片压力的测量。该光纤光栅传感器能够较为精确地测量管片外的水土压力；且其本身体积较小，拆装较为方便，且不占用额外的作业空间；同时，可全时段、全区间、全流程进行管片外水土压力监测，为隧道施工和运行阶段提供较为全面的洞外信息。如图1和图2所示，该注浆孔轴管装置包括注浆孔轴管5、注浆孔轴管管片段6、注浆孔轴管端头段7、把手8和预留孔洞9。其中，注浆孔轴管5整体为圆柱结构，设置在盾构管片内部，其长度略大于盾构管片厚度，在该注浆孔轴管5的外圆柱面上设置有螺纹，且与盾构管片上预留的注浆孔的螺纹相匹配，通过螺纹连接的方式将该注浆孔轴管管片段6固定在盾构管片上，同时，保证注浆孔轴管管片段6的左端面和盾构管片的内径端向平齐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，其特征在于，包括注浆孔轴管装置、设于该注浆孔轴管装置其中一侧的内环保护装置、及设于该注浆孔轴管装置另一侧的外环测量装置；其中，/n所述注浆孔轴管装置包括注浆孔轴管(5)，该注浆孔轴管(5)的外圆柱面上设置有螺纹，该螺纹与盾构管片上预留注浆孔的螺纹相匹配，所述注浆孔轴管(5)包括注浆孔轴管管片段(6)和注浆孔轴管端头段(7)，所述注浆孔轴管管片段(6)设于管片的注浆孔内，所述注浆孔轴管端头段(7)与注浆孔轴管管片段(6)对接，且延伸至管片内；/n所述注浆孔轴管(5)内设有多条预留孔洞(9)，各所述预留孔洞(9)分布于所述注浆孔轴管管片段(6)的外圆周上，且向所述注浆孔轴管端头段(7)聚集并会于一条，从所述注浆孔轴管端头段(7)内穿出；/n所述内环保护装置包括钢制保护盖(2)，该钢制保护盖(2)中心设有螺纹孔(4)，并通过该螺纹孔(4)套设于所述注浆孔轴管端头段(7)上，以保护所述注浆孔轴管(5)；/n所述外环测量装置包括光纤光栅(12)，该光纤光栅(12)穿过所述预留孔洞(9)，在所述注浆孔轴管管片段(6)靠近土体一侧构成阵列布局，实现对管片外土体压力的监测。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，其特征在于，包括注浆孔轴管装置、设于该注浆孔轴管装置其中一侧的内环保护装置、及设于该注浆孔轴管装置另一侧的外环测量装置；其中，
所述注浆孔轴管装置包括注浆孔轴管(5)，该注浆孔轴管(5)的外圆柱面上设置有螺纹，该螺纹与盾构管片上预留注浆孔的螺纹相匹配，所述注浆孔轴管(5)包括注浆孔轴管管片段(6)和注浆孔轴管端头段(7)，所述注浆孔轴管管片段(6)设于管片的注浆孔内，所述注浆孔轴管端头段(7)与注浆孔轴管管片段(6)对接，且延伸至管片内；
所述注浆孔轴管(5)内设有多条预留孔洞(9)，各所述预留孔洞(9)分布于所述注浆孔轴管管片段(6)的外圆周上，且向所述注浆孔轴管端头段(7)聚集并会于一条，从所述注浆孔轴管端头段(7)内穿出；
所述内环保护装置包括钢制保护盖(2)，该钢制保护盖(2)中心设有螺纹孔(4)，并通过该螺纹孔(4)套设于所述注浆孔轴管端头段(7)上，以保护所述注浆孔轴管(5)；
所述外环测量装置包括光纤光栅(12)，该光纤光栅(12)穿过所述预留孔洞(9)，在所述注浆孔轴管管片段(6)靠近土体一侧构成阵列布局，实现对管片外土体压力的监测。


2.根据权利要求1所述的一种测量盾构管片压力的光纤光栅传感器，其特征在于，所述注浆孔轴管装置包括把手(8)，该把手(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱泽奇，陈国良，盛谦，朱付广，杨景祥，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42