一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法，其将水平位移监测装置组装好：在每根PVC管一端的内壁上固定一个位移传感器，多根PVC管通过橡胶皮环相连，每个位移传感器牵出一根钢丝线，并拉紧固定到最后一根PVC管的末端；对掌子面各监测测点钻孔形成多个监测孔；将组装好的水平位移监测装置插入监测孔；将监测孔与PVC管之间的空隙填满；对水平位移监测装置通电，对掌子面超前核心土的挤出变形进行实时监测。通过本发明专利技术得到的监测数据能最大程度的反映掌子面前方核心土的挤出变形，为评价隧道全断面开挖掌子面稳定性提供依据。

A monitoring device and method for horizontal displacement of deep soil in tunnel face

【技术实现步骤摘要】
一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法
本专利技术涉及隧道工程
，尤其涉及一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法。
技术介绍
受隧道施工方法影响，目前对隧道施工中的监测主要集中在地表沉降变形、隧道拱顶沉降及周边洞室收敛变形等常规监测项目。随着隧道施工机械化水平应用的不断升级，城市浅埋隧道施工方法由台阶法向全断面法转变，将挖除核心土。通过研究表明：隧道开挖对围岩的扰动是三维的，除了对掌子面径向围岩有影响，隧道轴向掌子面前方的围岩也会产生较大的影响，隧道区域至少30％的收敛变形是在掌子面到来之前产生的，掌子面前方的围岩首先会发生变形，接着洞壁的收敛才会发生，因此超前核心土体的变形是引起隧道变形的真正原因。采用台阶法开挖时，由于掌子面核心土的存在限制了掌子面土体的水平位移，因而过去只注重隧道径向围岩的变形监测。采用全断面开挖后，不留核心土，掌子面土体的稳定性是保证隧道施工安全，防止塌方的前提，因此迫切需要一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法，以实现隧道全断面开挖掌子面前方核心土体水平位移的实时监测，掌握其变形规律。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的技术问题，提供一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置及方法，其能够使初支快速封闭成环形成承载结构，可有效控制隧道掌子面后方围岩径向变形，控制地表沉降，保证隧道施工安全。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：本专利技术提供一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其包括包括：PVC管、位移传感器、橡胶皮环、钢丝线和钢丝线固定器；在每个PVC管一端的内壁上固定一个位移传感器，多根PVC管通过橡胶皮环相连，每个位移传感器牵出一根钢丝线，并通过钢丝线固定器拉紧固定到最后一根PVC管的末端。更优选地，所述水平位移监测装置的长度为1.5～2倍的掌子面等效开挖直径。更优选地，每根PVC管的长度根据监测精度进行选择。更优选地，所述位移传感器包括单点振弦式位移传感器。本专利技术还提供一种隧道掌子面深部土体水平位移监测方法，其包括：步骤S101，根据隧道掌子面等效开挖直径确定好水平位移监测装置的长度，并根据监测精度确定每根PVC管的长度；步骤S102，将所述水平位移监测装置组装好：在每根PVC管一端的内壁上固定一个位移传感器，多根PVC管通过橡胶皮环相连，每个位移传感器牵出一根钢丝线，并通过钢丝线固定器拉紧固定到最后一根PVC管的末端；步骤S103，布设掌子面监测点，然后采用钻机沿隧道开挖方向对各监测点钻孔，形成多个监测孔；步骤S104，将组装好的水平位移监测装置插入监测孔，使钢丝线汇集的PVC管的一端插入监测孔的最深处，并将该钢丝线汇集的PVC管的一端假定为水平位移不动点；步骤S105，灌注水泥浆将监测孔与PVC管之间的空隙填满，使得PVC管与隧道掌子面的土体紧密牢固粘结在一起；步骤S106，对水平位移监测装置通电，对掌子面超前核心土的挤出变形进行实时监测，所有的监测数据通过电信号传输到监测平台，自动计算得出掌子面每个监测孔各测点位置土体的水平位移。由上述本专利技术的技术方案可以看出，本专利技术具有如下技术效果：本专利技术的水平位移监测装置适用于隧道工程掌子面前方核心土水平位移的监测，其操作简便，方法可靠，通过本专利技术得到的监测数据能最大程度的反映掌子面前方核心土的挤出变形，为评价隧道全断面开挖掌子面稳定性提供依据。附图说明图1是本专利技术的的水平位移监测装置的结构示意图；图2是本专利技术的水平位移监测装置安装于掌子面深部土体的效果图；图3是本专利技术的水平位移监测方法的实施流程图。附图中：PVC管11、位移传感器12、橡胶皮环13、钢丝线14、钢丝线固定器15；水平位移监测装置1；隧道掌子面2。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。本专利技术中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其结构如图1所示，该水平位移监测装置由多个PVC管11、位移传感器12、橡胶皮环13、钢丝线14、钢丝线固定器15组成。在每根PVC管11一端的内壁上固定一个位移传感器12，可以用胶水粘结或用螺丝固定；多根这样的PVC管通过橡胶皮环13相连，每个位移传感器12牵出一根钢丝线14，并通过钢丝线固定器15拉紧固定到最后一根PVC管11的末端；该钢丝线固定器15为带有多个圆孔的铝盖，便于多根钢丝线14穿过，拉紧后点焊固定并封孔，钢丝线固定器15与PVC管11末端用螺丝固定。在每个位移传感器12上附带绑定一个信号发射器，电信号通过无线传输方式传输，通过洞外数据采集器接收所有信号。水平位移监测装置的长度应为1.5～2倍的掌子面等效开挖直径。每根PVC管11的长度和数量可根据监测精度进行选择，监测精度(在固定的监测长度内，测点越多，采集的数据越多，则该段土体的水平位移监测准确度越高)越高，每根PVC管长度越短，监测长度内PVC管的数量会增加，相当于增加测点数量，提高了监测精度。上述位移传感器12可以是单点振弦式位移传感器。本专利技术水平位移监测装置的安装情况如下：使用本专利技术水平位移监测装置时，首先，按照图1将水平位移监测装置1在施工现场组装好；该水平位移监测装置1的长度应为1.5～2倍的掌子面等效开挖直径；然后如图2所示在隧道掌子面2布设监测点，利用钻机沿隧道开挖方向在各监测点进行钻孔，形成多个监测孔；监测孔的长度应大于水平位移监测装置1的长度。紧接着，将组装好的水平位移监测装置1插入监测孔中，插入时，将细钢丝线汇集的PVC管的一端插入监测孔的最深处，并将其假定为水平位移不动点。随后，灌注水泥浆将监测孔与水平位移监测装置1的PVC管11之间的空隙填满，管末端封闭，使得PVC管11与隧道掌子面2的土体紧密牢固粘结在一起。最后，对水平位移监测装置1通电，利用该水平位移监测装置1对掌子面超前核心土的挤出变形进行实时监测，所有的监测数据通过电信号传输到监测平台，自动计算得出掌子面每个监测孔中各监测点位置土体的水平位移。本专利技术还提供一种隧道掌子面深部土体水平位移监测方法，其具体实施流程如图3所示，包括如下步骤：步骤S101，根据隧道掌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其特征在于，所述的水平位移监测装置包括：/nPVC管(11)、位移传感器(12)、橡胶皮环(13)、钢丝线(14)和钢丝线固定器(15)；/n在每个PVC管(11)一端的内壁上固定一个位移传感器(12)，多根PVC管通过橡胶皮环(13)相连，每个位移传感器(12)牵出一根钢丝线(14)，并通过钢丝线固定器(15)拉紧固定到最后一根PVC管(11)的末端。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其特征在于，所述的水平位移监测装置包括：
PVC管(11)、位移传感器(12)、橡胶皮环(13)、钢丝线(14)和钢丝线固定器(15)；
在每个PVC管(11)一端的内壁上固定一个位移传感器(12)，多根PVC管通过橡胶皮环(13)相连，每个位移传感器(12)牵出一根钢丝线(14)，并通过钢丝线固定器(15)拉紧固定到最后一根PVC管(11)的末端。


2.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其特征在于，
所述水平位移监测装置的长度为1.5～2倍的掌子面等效开挖直径。


3.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其特征在于，
每根PVC管(11)的长度和数量根据监测精度进行选择。


4.根据权利要求1所述的一种隧道掌子面深部土体水平位移监测装置，其特征在于，
所述位移传感器(12)包括单点振弦式位移传感器。


5.一种隧道掌子面深部土体水平位移监测方法，其特征在于，所述的水平位移监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明利，张志恩，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11