一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法技术

本发明专利技术涉及沉管隧道监测技术领域，尤其涉及一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，包括如下步骤：S1、传感器选型及率定；S2、传感器支架位置放点；S3、传感器支架安装；S4、传感器安装及走线；S5、对轴向监测结构进行位置精调；S6、对径向传感器进行位置精调；S7、传感器及最终接头位置标定；S8、传感器供电及数据采集；S9、防海生物保护措施。采用该方法进行沉管隧道顶进式最终接头顶进施工监测，数据质量好，且监测设备结构设计合理、实用性高、稳定性高。监测数据溯源性高，可为多种计算模型提供数据。监测数据稳定向高，避免监测数据不可控。适用于满足监测要求多种传感器，不仅限于特定厂家型号传感器，具有广谱适用性。具有广谱适用性。具有广谱适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法


[0001]本专利技术涉及沉管隧道监测
，尤其涉及一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法。

技术介绍

[0002]沉管隧道最后一节管段的最后一个端面连接之处称为最终接头，用于沉管段与暗埋段之间的最终连接，最终接头是整个沉管隧道中的关键工序之一。最终接头包括外部套筒、顶进节段和顶推系统等，其中外部套筒套设在所述暗埋段的连接端部，顶进节段设置在所述沉管段与所述外部套筒之间，顶进节段的一侧与所述沉管段相固定连接，另一侧与所述外部套筒之间通过后浇筑混凝土连成一体，所述顶推系统用于对所述顶进节段向沉管段一侧顶推滑移。
[0003]目前，采用顶进节段法施工的沉管隧道最终接头，在对接施工过程中需要实时掌握顶进节段的运动状态，最终确保顶进节段满足线型控制要求。
[0004]由于沉管隧道最终接头工艺复杂，周期较长，以往监测多为长时间的人工水下探摸，监测安全风险较大，精度相对较差。因此，降低水下作业依赖性，减小监测安全风险，实现顶进式沉管隧道最终接头监测的精准、方便，是沉管隧道顶进式最终接头监测的重要研究方向。中国专利CN202020866287.7公开了一种沉管隧道顶推式最终接头监测结构，该监测结构通过在外部套筒和顶进节段内设置轴向和径向的监测结构，在最终接头的对接施工过程中能够实时掌握顶进节段的运动状态，确保顶进节段满足线型控制要求；并且减小了监测安全风险，最终实现了顶推式沉管隧道最终接头监测的精准和方便。然而对于传感器如何精确布置，没有明确说明，因此在CN202020866287.7的技术基础上进行了进一步的探索。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法,采用该方法进行沉管隧道顶进式最终接头顶进施工监测，数据质量好，且监测设备结构设计合理、实用性高、稳定性高。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，最终接头包括外部套筒和顶进节段；传感器的布置方法包括如下步骤：
[0008]S1、传感器率定；S2、传感器支架位置放点；S3、传感器支架安装；S4、传感器安装及走线；S5、对轴向监测结构进行位置精调；S6、对径向传感器进行位置精调；S7、传感器及最终接头位置标定；S8、传感器供电及数据采集；S9、防海生物保护措施。
[0009]作为优选的技术方案，S1步骤具体内容如下：
[0010](1)所有传感器选择磁致伸缩位移传感器；
[0011](2)传感器数量及量程规格的确定以能计算最终接头的x,y,θ
xy
为准，其中x表示最
终接头轴向的坐标，y表示最终接头径向坐标，θ
xy
表示最终接头的转角；θxy＝arccos(1
‑
ΔX2/2L2)；Δx为最终接头转角前后的轴向偏差；L为最终接头径向距离；
[0012](3)传感器校准；
[0013](4)传感器连接采集仪。
[0014]作为优选的技术方案，S2步骤具体内容如下：
[0015](1)建立局部坐标系：利用卷尺和全站仪进行支架位置放点，建立局部坐标系，要求轴向传感器支架水平放置且与外部套筒中轴线平行，径向传感器支架水平放置且与外部套筒中轴线垂直；
[0016]在外部套筒中轴线首端和尾端各布设一个观测点，利用全站仪在尾点架站，以尾点为零值点(0，0,0)，以首点方向为X正向，测得首点三维坐标(X
首
，0，Z
首
)，建立局部坐标系；
[0017]布置传感器支架：在外部套筒与顶进节段连接区域放点布置传感器支架安装位置：要求位于顶进节段外侧的传感器尽可能向顶进节段的径向两侧安装，且传感器要沿外部套筒中轴线对称布置，使得θxy以中轴线为转点中心；不同坐标下Y坐标修正公式如下：
[0018]y
’
＝y
‑
y/cosθ
xy
+x*sinθ
xy
；
[0019]其中，其中x表示最终接头轴向坐标，y表示最终接头径向坐标，θ
xy
表示最终接头的转角；y
’
为y的修正量；
[0020]然后在确定好的位置处打传感器支架安装孔。
[0021]作为优选的技术方案，S4步骤包括安装轴向传感器与对应支架、安装径向传感器与对应支架以及绑扎传感器线缆；
[0022]轴向传感器与对应支架的安装：轴向传感器支架包括沿轴向设在顶进节段内侧底部的第一支座及设在外部套筒内侧底部的第二支座；所述第一支座上通过若干第一支架固定有平行于顶进节段轴向的外套管；所述第二支座上通过第二支架设有与外套管伸缩配合的内套管；内套管端部连接有可测量顶进节段轴向顶进距离的轴向传感器；所述第二支架上还设有可轴向移动的滑台，以便对内套管进行高度调整，保证其能水平进入外套管内，调整完毕后，该滑台通过设在第二支架上的锁紧螺母进行位置固定；
[0023]安装轴向传感器支架时，将外套管套在轴向传感器上，传感器电子仓的固定端安放在外部套筒支架上，然后将外套管安放在顶进节段支架上，利用卷尺检查轴向传感器是否平行中轴线且整体水平后，拧紧轴向传感器与支架螺栓，完成轴向传感器初步安装。
[0024]进一步的，径向传感器与对应支架的安装：径向传感器支架包括分别沿轴向悬空固定在顶进节段内的滑道及外部套筒内的三脚架；具体的，所述滑道通过螺栓连接于顶进节段的侧壁上；所述三脚架由固定在外部套筒底部的第三支架支起，三脚架底部是沿轴向由外部套筒延伸至顶进节段内的一个条形支架，该条形支架位于顶进节段内的端部一侧设有径向距离传感器，另一侧固定有处于压缩状态的弹簧件，弹簧件与滑道之间设有一径向顶杆；顶杆端部与所述滑道侧壁滑动配合；这样径向距离传感器利用三脚架与滑道之间相互位移变化值确定顶进节段径向变化，变化值可以通过径向距离传感器向外部的监测平台进行实时反馈；
[0025]安装径向传感器支架时，将径向传感器穿过支架，依次穿套安装螺母、弹簧件和顶杆，将安装螺母拧上劲后松开弹簧件，使得顶杆顶靠在滑道上，手动调节传感器保持水平且垂直于中轴线，最后拧紧安装螺母，完成径向传感器初步安装；弹簧件弹簧系数为100～
200N/m，弹簧件长度为径向变化量程的1.5～2.5倍+顶杆与安装螺母的初始安装间距。
[0026]进一步的，施工时相邻的传感器线缆绑扎在一起，并沿外部套筒与顶进节段的间隙布置；具体的，线缆每米绑扎一次，每两米通过膨胀螺丝将线缆固定到混凝土面上，最后汇总在穿舱件法兰区域，通过与穿舱件匹配的内、外侧盲板穿越到外部套筒非涉水区域；
[0027]线缆穿舱布设步骤：(a)在内盲板上均匀开设多个与所有传感器数量相等的螺纹孔，然后将每个传感器对应的电缆防水接头安装于所述螺纹孔；(b)线缆穿过内侧盲板上的防爆电缆防水接头后拧紧；(c)穿舱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，最终接头包括外部套筒和顶进节段；其特征在于：传感器的布置方法包括如下步骤：S1、传感器率定；S2、传感器支架位置放点；S3、传感器支架安装；S4、传感器安装及走线；S5、对轴向监测结构进行位置精调；S6、对径向传感器进行位置精调；S7、传感器及最终接头位置标定；S8、传感器供电及数据采集；S9、防海生物保护措施。2.如权利要求1所述的沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，其特征在于：S1传感器率定的具体步骤如下：(1)选择传感器类型；(2)传感器量程不小于最终接头最大理论纵向及径向移动值及安装初始量值，传感器精度不小于1mm，纵向传感器数量要求不小于6只，纵向传感器数量要求不小于6只；(3)最终接头采用平面三参数运动模型，三参数分别为x,y,θ
xy
，其中x表示最终接头轴向的坐标，y表示最终接头径向坐标，θ
xy
表示最终接头的转角；其中转角值可由纵向传感器差异变化数据计算得到：θxy＝arccos(1
‑
Δx2/2L2)；Δx为最终接头转角前后的轴向偏差；L为最终接头径向距离；(4)传感器校准；(5)传感器连接采集仪。3.如权利要求2所述的沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，其特征在于：S2传感器支架位置放点的具体步骤如下：(1)建立局部坐标系：利用卷尺和全站仪建立局部坐标系，进行支架位置放点，要求轴向传感器支架水平放置且与外部套筒中轴线平行，径向传感器支架水平放置且与外部套筒中轴线垂直；在外部套筒中轴线首端和尾端各布设一个观测点，利用全站仪在尾点架站，以尾点为零值点(0，0,0)，以首点方向为X正向，测得首点三维坐标(X
首
，0，Z
首
)，建立局部坐标系；(2)布置传感器支架：在外部套筒与顶进节段连接区域放点布置传感器支架的安装位置：要求位于顶进节段外侧的传感器尽可能向顶进节段的径向两侧安装，且传感器要沿外部套筒中轴线对称布置，使得θxy以中轴线为转点中心；不同坐标下Y坐标修正公式如下：y
’
＝y
‑
y/cosθ
xy
+x*sinθ
xy
；其中，其中x表示最终接头轴向坐标，y表示最终接头径向坐标，θ
xy
表示最终接头的转角；y
’
为y的修正量；然后在确定好的位置开设传感器支架安装孔。4.如权利要求1所述的沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，其特征在于：S4步骤包括安装轴向传感器与对应支架、安装径向传感器与对应支架以及绑扎传感器线缆；轴向传感器与对应支架的安装：轴向传感器支架包括沿轴向设在顶进节段内侧底部的
第一支座及设在外部套筒内侧底部的第二支座；所述第一支座上通过若干第一支架固定有平行于顶进节段轴向的外套管；所述第二支座上通过第二支架设有与外套管伸缩配合的内套管；内套管端部连接有可测量顶进节段轴向顶进距离的轴向传感器；所述第二支架上还设有可轴向移动的滑台，以便对内套管进行高度调整，保证其能水平进入外套管内，调整完毕后，该滑台通过设在第二支架上的锁紧螺母进行位置固定；安装轴向传感器支架时，将外套管套在轴向传感器上，传感器电子仓的固定端安放在外部套筒支架上，然后将外套管安放在顶进节段支架上，利用卷尺检查轴向传感器是否平行中轴线且整体水平后，拧紧轴向传感器与支架螺栓，完成轴向传感器初步安装。5.如权利要求4所述的沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，其特征在于：径向传感器与对应支架的安装：径向传感器支架包括分别沿轴向悬空固定在顶进节段内的滑道及外部套筒内的三脚架；具体的，所述滑道通过螺栓连接于顶进节段的侧壁上；所述三脚架由固定在外部套筒底部的第三支架支起，三脚架底部是沿轴向由外部套筒延伸至顶进节段内的一个条形支架，该条形支架位于顶进节段内的端部一侧设有径向距离传感器，另一侧固定有处于压缩状态的弹簧件，弹簧件与滑道之间设有一径向顶杆；顶杆端部与所述滑道侧壁滑动配合；这样径向距离传感器利用三脚架与滑道之间相互位移变化值确定顶进节段径向变化，变化值可以通过径向距离传感器向外部的监测平台进行实时反馈；安装径向传感器支架时，将径向传感器穿过支架，依次穿套安装螺母、弹簧件和顶杆，将安装螺母拧上劲后松开弹簧件，使得顶杆顶靠在滑道上，手动调节传感器保持水平且垂直于中轴线，最后拧紧安装螺母，完成径向传感器初步安装；弹簧件弹簧系数为100～200N/m，弹簧件长度为径向变化量程的1.5～2.5倍+顶杆与安装螺母的初始安装间距。6.如权利要求5所述的沉管隧道顶进式最终接头传感器的布置方法，其特征在于：施工时相邻的传感器线缆绑扎在一起，并沿外部套筒与顶进节段的间隙布置；具体的，线缆每米绑扎一次，每两米通过膨胀螺丝将线缆固定到混凝土面上，最后汇总在穿舱件法兰区域，通过与穿舱件匹配的内、外侧盲板穿越到外部套筒非涉水区域；线缆穿舱布设步骤：(a)在内盲板上均匀开设多个与所有传感器数量相等的螺纹孔，然后将每...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钊，孙文豪，于健，刘成洲，张国梁，胥新伟，时闽生，刘思国，
申请(专利权)人：中交第一航务工程局有限公司天津港湾工程质量检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：