水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统及方法技术方案

本发明专利技术要解决的技术问题是提供一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统及方法，对水下区域多点、面式监测，为工程实际提供实时冒浆信息的监测以及能够及时防止冒浆，其包括承压水囊、注排水系统和注排气系统；所述承压水囊为扁平结构，所述承压水囊的内部底面划分有多条监测线，每条监测线上分布多个监测点，每个监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；所有的无线压力传感器和无线加速度传感器信号连接有无线数据接收器；所述承压水囊的外部顶面安装有进水阀、进气阀、排水阀和排气阀，所以注排水系统连通所述进水阀，所述注排气系统连通所述进气阀。述注排气系统连通所述进气阀。述注排气系统连通所述进气阀。

【技术实现步骤摘要】
水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统及方法


[0001]本专利技术属于岩土工程
，具体涉及盾构隧道穿越水域区监测技术，尤其涉及一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统及方法。

技术介绍

[0002]盾构是建造穿越江河、海峡水下隧道的主要工法之一, 在城市道路隧道运用较多,盾构法隧道工程技术在近30年来向大深度、大断面、长距离的方向发展并建成一批超大直径的海（江）底隧道和城市道路隧道。大直径盾构隧道因其高效性、耐久性常用于公路及铁路隧道建设。随着盾构隧道掘进速度和穿越各种复杂地层技术的提升，对隧道地表监测的需求与日俱增。
[0003]对于大直径盾构隧道穿越海、江、河和水库等水域地带，水域区地表的监测往往难度较大，然而，穿越水域地带时，盾构在注浆过程中，由于水下地质含水量高，容易使水下地面发生冒浆现象。因此需要对冒浆点进行监测并及时封堵防止冒浆进一步扩大，由于水域区域的特殊性，现有水域区地表监测方法多为仪器监测。仪器监测多为雷达监测系统, 但受水域区影响较大，实施难度大，设备成本高，且封堵不及时。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统及方法，对水下区域多点、面式监测，为工程实际提供实时冒浆信息的监测以及能够及时防止冒浆。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，包括承压水囊、注排水系统和注排气系统；所述承压水囊为扁平结构，所述承压水囊的内部底面划分有多条监测线，每条监测线上分布多个监测点，每个监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；所有的无线压力传感器和无线加速度传感器信号连接有无线数据接收器；所述承压水囊的外部顶面安装有进水阀、进气阀、排水阀和排气阀，所以注排水系统连通所述进水阀，所述注排气系统连通所述进气阀。
[0006]进一步的，所述监测线的高度差小于200mm。
[0007]进一步的，所述承压水囊的尺寸为长7
‑
8m、宽5
‑
6m。
[0008]进一步的，所述监测线垂直隧道方向或者平行隧道方向。
[0009]进一步的，所述注排水系统包括水箱、压力水泵和抽水泵，所述注排气系统包括空气压缩机和真空泵。
[0010]一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控方法，采用本专利技术所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统进行监测和防控系统，其包括以下步骤：S1、在承压水囊的内部底面划分有多条监测线，每条监测线上分布多个监测点，每
个监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；所有的无线压力传感器和无线加速度传感器信号连接有无线数据接收器；S2、将注排水系统与注排气系统通过管道与承压气囊的进水阀、排水阀和进气阀、排气阀对应连通，在在监测区域上方水面释放承压水囊，通过注排气系统对承压气囊进行抽气，注排水系统向承压水囊进行注液，使承压水囊下沉至监测面；S3、通过各个监测点的无线压力传感器和无线加速度传感器的反馈信号实时监测，测量隧道开挖前中后的地面压力变化，以判断监测面是否发生冒浆，根据监测点的压力值发生变化的数量及范围确定冒浆的位置、冒浆面积；S4、当判断监测面发生冒浆时，通过注排水系统向承压水囊内注液加压，使承压气囊紧贴监测面，阻止冒浆进一步扩大，同时调整盾构机的输排浆与掘进速度；S5、当需要移动承压水囊到下一个监测面时，通过注排水系统对承压水囊进行抽水，通过注排气系统多承压水囊进行输气，使承压水囊上升到水面，然后进行整体移动。
[0011]进一步的，在步骤S3中，设各个监测点的起始位置高度为0，水压为P，监测点水压计读数为P+ΔP，各个监测点的气囊隆起值ΔZ可以通过各个监测点的水压变化值ΔP，由下式（1）—（3）推理得出：
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（1）
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（2）
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（3）式中：流体中监测点的压强流体中监测点的流速流体密度重力加速度监测点所在高度常量（1式与2式常量不同）液体重度，；沉降隆起值
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(4)然后，绘制各个监测点ΔZ，连接各点形成线，得到该条监测管线的气囊隆起变形曲线，通过气囊隆起变形曲线来辅助判断冒浆位置和面积大小。
[0012]本专利技术与现有技术相比所取得的有益效果如下：1、监测线上分布多个监测点，监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；通过各个监测点的无线压力传感器和无线加速度传感器的反馈信号实时监测，测量隧道开挖前中后的地面压力变化，以判断监测面是否发生冒浆，根据监测点的压力值发生变化的数量及范围确定冒浆的位置、冒浆面积；当判断监测面发生冒浆时，通过注排水系统向承压水囊内注液加压，使承压气囊紧贴监测面，阻止冒浆进一步扩大，同时调整盾构机的输
排浆与掘进速度；通过本专利技术水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，能够形成区域化的监测点，实现大范围的监测，监测准确、操作简单方便，成本低；通过本专利技术所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控方法，能够快速监测冒浆点，判断冒浆的位置、冒浆面积，并且能够通过承压气囊来封堵冒浆位置，防止冒浆扩大；2、各个监测点的气囊隆起值ΔZ可以通过各个监测点的水压变化值ΔP，绘制各个监测点ΔZ，连接各点形成线，得到该条监测管线的气囊隆起变形曲线，通过气囊隆起变形曲线来辅助判断冒浆位置、面积大小及冒浆程度，得到更加准确的冒浆信息。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所述水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统示意图；图2为承压水囊内底部监测线示意图；图中：1、承压水囊，2、无线压力传感器，3、无线加速度传感器，4、进水阀，5、进气阀，6、排水阀，7、排气阀，8、压力水泵，9、抽水泵，10、空气压缩机，11、真空泵。
具体实施方式
[0014]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0015]在专利技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0016]如图1
‑
2所示，本实施例公开一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其主要包括承压水囊1、注排水系统、注排气系统和无线数据接收器。其中，承压水囊1采用具有高回弹、强拉力、受内压不变形和易弯性两个关键的物理特性的材料，例如天然乳胶等。承压水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其特征在于，包括承压水囊、注排水系统和注排气系统；所述承压水囊为扁平结构，所述承压水囊的内部底面划分有多条监测线，每条监测线上分布多个监测点，每个监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；所有的无线压力传感器和无线加速度传感器信号连接有无线数据接收器；所述承压水囊的外部顶面安装有进水阀、进气阀、排水阀和排气阀，所以注排水系统连通所述进水阀，所述注排气系统连通所述进气阀。2.根据权利要求1所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其特征在于，所述监测线的高度差小于200mm。3.根据权利要求1所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其特征在于，所述承压水囊的尺寸为长7
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8m、宽5
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6m。4.根据权利要求1所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其特征在于，所述监测线垂直隧道方向或者平行隧道方向。5.根据权利要求1所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统，其特征在于，所述注排水系统包括水箱、压力水泵和抽水泵，所述注排气系统包括空气压缩机和真空泵。6.一种水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
5任一项所述的水下盾构隧道施工水域区冒浆监测与防控系统进行监测和防控系统，其包括以下步骤：S1、在承压水囊的内部底面划分有多条监测线，每条监测线上分布多个监测点，每个监测点上设有无线压力传感器和无线加速度传感器；所有的无线压力传感器和无线加速度传感器信号连接有无线数据接收器；S2、将注排水系统与注排气系统通过管道与承压气囊的进水阀、排水阀和进气阀、排...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昌言，李庆民，苗孔杰，王剑宏，舒计城，闫邵航，王睿，历朋林，王超，
申请(专利权)人：山东大学中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：