一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统及方法技术方案

本发明专利技术属于隧道工程技术领域，公开了一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统及方法，利用倾角监测模块监测盾构管片的倾角变化情况，利用位移监测模块监测盾构管片间的位移变化情况；利用应变监测模块监测盾构管片的钢筋混凝土应变情况，利用压力监测模块监测盾构管片内的水土压力变化；通过温度补偿模块利用光纤光栅传感器内部的温度补偿光栅进行温度补偿，并将数据库显示在用户端，根据用户输入的指示信息显示。本发明专利技术提供的小变形自诊断盾构管片一体化制作方法，所有传感器均在管片内部，盾构管片表面平整，便于后续运输、拼装、灌浆、二次浇筑等环节，能够实现对盾构管片内的传感器进行保护和维修，同时设计的安装工序省时省力。时省力。时省力。

【技术实现步骤摘要】
一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统及方法


[0001]本专利技术属于隧道工程
，尤其涉及一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统及方法。

技术介绍

[0002]随着越来越多的水下盾构隧道建设，预制盾构管片拼装得到了普遍的应用。然而，拼装后的盾构管片易产生受力不均、隧道上浮及管片间裂缝过大涌水等事故，因此需要对隧道内倾角、位移、应变、水土压力等变形进行监测诊断。光纤光栅传感器具有高精度测量，分布式检测等优点，可精准地测量上述变形，但由于施工容易对传感器造成损害，影响传感器的正常工作。因此，在安装传感器时，需要针对上述问题进行盾构管片的制作。
[0003]但是，现有盾构管片的制作过程需要耗费大量人力、物力、财力和时间，且制作得到的盾构管片的精度容易受到人为因素的影响，自诊断误差较大。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005]1、传感器易损坏
[0006]现有传感器大多安装在盾构管片表面，在进行盾构管片的运输、拼装、灌浆、二次浇筑等环节，易造成传感器和传输光缆的损坏，导致传感器数据难以采集；
[0007]2、安装时间紧张、不灵活
[0008]现有传感器大多需要等待盾构管片拼装完成后在盾构机上安装，安装时间受限于盾构机运行状态，一旦盾构机开过工作面，短时间内将无法安装，安装时间有限紧张；
[0009]3、作业环境恶劣
[0010]表贴式传感器需要在盾构机上安装，或是在盾构机开过以后采用升降台高空作业，使得传感器安装的难度、人员高空作业的风险大大增加，尤其对于光纤光栅传感器来说，高空作业无法为光纤的熔接提供良好的工作平台；
[0011]4、不适用于长期监测
[0012]传统传感器受环境影响较大，如潮湿、化学腐蚀等，特别是传统电阻式或振弦式传感器其零点会发生长期漂移，长期应变测试的结果会严重失真，不适用于长期监测。
[0013]因此，开发一种适用于盾构隧道管片的长期监测方法，优化提高传感器的安装制作流程具有较高的工程运用价值。

技术实现思路

[0014]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统及方法。
[0015]本专利技术是这样实现的，一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统，所述小变形自诊断盾构管片一体化制作系统包括：
[0016]盾构管片，每个所述盾构管片包括混凝土管片和钢筋骨架；
[0017]倾角监测模块，用于监测盾构管片的倾角变化情况，包括光纤光栅倾角计、倾角计
安装预埋盒和倾角计安装装置；安装时，将倾角计安装预埋盒焊接在钢筋笼凹面底部紧贴模板位置，随混凝土一起浇筑；浇筑完成后，将倾角计安装预埋盒打开后利用推板装入倾角计安装装置，倾角计安装装置用于安装光纤光栅倾角计，光纤光栅倾角计自带温度补偿；
[0018]位移监测模块，用于监测盾构管片间的位移变化情况，包括第一位移计安装预埋盒、第二位移计安装预埋盒、第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计；安装时，将第一位移计安装预埋盒和第二位移计安装预埋盒安装在钢筋笼凹面靠两侧边缘位置，再将第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计分别放入第一位移计安装预埋盒和第二位移计安装预埋盒；第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计的一端尾纤在钢筋笼的内部串接，连接线路用护纤套筒保护绑在钢筋上；第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计的另一端尾纤引入倾角计安装预埋盒，第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计均自带温度补偿；
[0019]应变监测模块，用于监测盾构管片的钢筋混凝土应变情况，包括第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计；安装时，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计绑扎在钢筋主筋位置，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计一端尾纤在钢筋笼的内部串接，连接线路用护纤套筒保护绑在钢筋上；第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计的另一端尾纤引入倾角计安装预埋盒，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计均自带温度补偿；
[0020]压力监测模块，用于监测盾构管片内的水土压力变化，包括光纤光栅土压力计，光纤光栅土压力计安装在钢筋笼凸面的正中心位置，高出钢筋笼最上方钢筋3mm，光纤光栅土压力计的两端尾纤均引入倾角计安装预埋盒，光纤光栅土压力计自带温度补偿；
[0021]温度补偿模块，所述光纤光栅传感器内部均有温度补偿光栅，与测力弹片光栅波长相差4nm以上；
[0022]所有引入倾角计安装预埋盒的两端尾纤，在倾角计安装预埋盒内形成端头开放式U型光缆束；所有光纤光栅传感器尾纤在管片内部串联，并用护纤套筒对光纤线路进行保护，套筒绑在钢筋上，光缆均围绕所述钢筋骨架上；经混凝土浇筑完成和管片成为一个整体，在倾角计安装预埋盒内部共有六根光缆端头，整个线路呈3个U字形，分别对应位移检测模块、应变监测模块和压力监测模块，形成端头开放式U型光缆束。
[0023]进一步，所述倾角计安装装置为长方体，其中一面打开，放置在钢筋笼凹面底部紧贴模板位置，所述面的相对面上有线缆口，所有传感器串联后的光纤尾纤由此进入倾角计保护装置，再将线缆口用防水胶布封口；最后将倾角计安装装置打开一面的盖子用螺丝拧紧后开始浇筑，浇筑完成后倾角计安装装置开口面与盾构管片凹面保持水平。
[0024]当结构体发生变化时，引起光纤光栅波长漂移，根据波长范围确定具体监测模块，从而进行数据处理并上传到数据库，得到反映盾构隧道倾角、位移、应变和水土压力的变化数据；所述数据处理中心还包含角、位移、应变和水土压力提示单元，对变化情况数据是否超过变化阈值进行判断，并在判断结果为是的情况下，发出存在危险的提示；
[0025]数据库显示在用户端，根据用户输入的指示信息显示。
[0026]进一步，所有光纤光栅传感器尾纤在管片内部串联，并用护纤套筒对光纤线路进行保护，套筒绑在钢筋上，光缆均围绕所述钢筋骨架上；经混凝土浇筑完成和管片成为一个整体，在倾角计安装预埋盒内部共有六根光缆端头，整个线路呈3个U字形，分别对应位移检
测模块、应变监测模块、压力监测模块，形成端头开放式U型光缆束。
[0027]进一步，在管片养护拼接完成后，将倾角计安装预埋盒的盖子打开，利用倾角计安装装置进行初始安装角度的微调，使得倾角传感器垂直，初始角度为零刻度，调整完成后利用推板装入倾角计安装装置。
[0028]进一步，光纤光栅倾角计安装完成后，检测六根光缆的数据，将U型光缆束在倾角计安装预埋盒内的开放式端头相互串接，再跟光纤光栅倾角计串接，最终只剩下2个光纤接口；将任意一条光纤信号接入光信息采集仪测得管片内水土压力、应力应变、温度、管片间位移和管片自身倾角的变化量，形成整个变形自诊断盾构管片一体化。
[0029]进一步，在管片养护拼接完成后，将第一位移计安装预埋保护盒和第二位移计安装预埋保护盒盖子打开，通过螺纹连接筒将Z型拉杆的一端与位移传感器伸缩杆相连；螺纹连接筒为内螺纹，在相邻盾构管片平行位置开一浅槽，Z型拉杆的另一端固定在浅槽中，从而实现管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小变形自诊断盾构管片一体化制作系统，其特征在于，包括倾角监测模块、位移监测模块、应变监测模块、压力监测模块；每个监测模块均采用自带温度补偿的光纤光栅传感器；每个监测模块引出两根光纤，都进入预埋盒中，形成U型光缆束，在管片制作完成后，对每一光缆的接头进行检测，检测完好的光缆进行首尾串联熔接，形成一条完整的U型光缆束。2.如权利要求1所述小变形自诊断盾构管片一体化制作系统，其特征在于，所有光纤光栅传感器的波长均采用间隔布置，每两个传感器之间的波长差均大于3nm，实际监测时，可以用U型光缆束的任意一头采集数据，得到全部监测模块的数据；当结构体发生变化时，引起光纤光栅波长漂移，根据波长范围确定具体监测模块，从而进行数据处理并上传到数据库，得到反映盾构隧道倾角、位移、应变和水土压力的变化数据；所述数据处理中心还包含角、位移、应变和水土压力提示单元，对变化情况数据是否超过变化阈值进行判断，并在判断结果为是的情况下，发出存在危险的提示。3.如权利要求1所述小变形自诊断盾构管片一体化制作系统，其特征在于，所述小变形自诊断盾构管片一体化制作系统包括：盾构管片，每个所述盾构管片包括混凝土管片和钢筋骨架；倾角监测模块，用于监测盾构管片的倾角变化情况，包括光纤光栅倾角计、倾角计安装预埋盒和倾角计安装装置；安装时，将倾角计安装预埋盒焊接在钢筋笼凹面底部紧贴模板位置，随混凝土一起浇筑；浇筑完成后，将倾角计安装预埋盒打开后利用推板装入倾角计安装装置，倾角计安装装置用于安装光纤光栅倾角计，光纤光栅倾角计自带温度补偿；位移监测模块，用于监测盾构管片间的位移变化情况，包括第一位移计安装预埋盒、第二位移计安装预埋盒、第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计；安装时，将第一位移计安装预埋盒和第二位移计安装预埋盒安装在钢筋笼凹面靠两侧边缘位置，再将第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计分别放入第一位移计安装预埋盒和第二位移计安装预埋盒；第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计的一端尾纤在钢筋笼的内部串接，连接线路用护纤套筒保护绑在钢筋上；第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计的另一端尾纤引入倾角计安装预埋盒，第一光纤光栅位移计和第二光纤光栅位移计均自带温度补偿；应变监测模块，用于监测盾构管片的钢筋混凝土应变情况，包括第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计；安装时，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计绑扎在钢筋主筋位置，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计一端尾纤在钢筋笼的内部串接，连接线路用护纤套筒保护绑在钢筋上；第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计的另一端尾纤引入倾角计安装预埋盒，第一光纤光栅应变计和第二光纤光栅应变计均自带温度补偿；压力监测模块，用于监测盾构管片内的水土压力变化，包括光纤光栅土压力计，光纤光栅土压力计安装在钢筋笼凸面的正中心位置，高出钢筋笼最上方钢筋3mm，光纤光栅土压力计的两端尾纤均引入倾角计安装预埋盒，光纤光栅土压力计自带温度补偿；温度补偿模块，所述光纤光栅传感器内部均有温度补偿光栅，与测力弹片光栅波长相差4nm以上；所有引入倾角计安装预埋盒的两端尾纤，在倾角计安装预埋盒内形成端头开放式U型光缆束；所有光纤光栅传感器尾纤在管片内部串联，并用护纤套筒对光纤线路进行保护，套
筒绑在钢筋上，光缆均围绕所述钢筋骨架上；经混凝土浇筑完成和管片成为一个整体，在倾角计安装预埋盒内部共有六根光缆端头，整个线路呈3个U字形，分别对应位移检测模块、应变监测模块和压力监测模块，形成端头开放式U型光缆束。4.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡仲春，张健，马振珠，周长进，任高峰，高锡平，郭永兴，王鑫，任如华，韩成，
申请(专利权)人：中建材科创新技术研究院山东有限公司，
类型：发明
国别省市：