一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统，包括依次连接的管片组件、水压力及土压力监测组件、密封组件、无线发射组件、无线接收组件、数据处理计算机及程序等组件构成，水、土压力监测组件环向埋设于模型试验盾构管片安装装置内，安装装置可在盾构管片拼接完成后连同监测组件进行安装，该安装装置便于拆除更换，可实现管片周围水、土压力的监测，相对准确的反映管片周围水压力分布规律、围岩管片受力变形规律及围岩压力发展过程，并通过无线发射和接收模块进行数据的无线传输，以此构建无线传输监测系统，实现了数据的实时采集、无线传输和远程处理分析。传输和远程处理分析。传输和远程处理分析。

【技术实现步骤摘要】
一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统


[0001]本专利技术属于地下工程施工模型试验
，具体涉及一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统，尤其涉及一种可实现水、土压力监测和传感器更换功能的无线监测系统。

技术介绍

[0002]在盾构法施工模型试验过程中，新建隧道的盾构管片是非常重要的关键构件。试验过程中要根据研究需求选择关于变形和应力方面的相关测试，其中围岩压力和围岩周围水压力是其中一项重点监测内容。通过围岩压力和为眼周围水压力等监测工程的实施，然后结合数值模拟分析等手段，可以在类似工程条件下对隧道设计和施工方案进展优化，包括开挖方式的选择、支护构造及强度的选择等，有利于进一步优化设计和施工组织方案，从而保证隧道建立投资的经济性、设计的可靠性及施工的平安性。
[0003]目前，盾构法施工模型试验过程中隧洞周围水、土压力监测主要依靠预固定在预制管片外表面的渗压计和土压力盒进行围岩压力监测。这种监测手段存在土压力盒在安装过程中无法与周围土体接触造成测得数据误差大；在安装、注浆过程中容易造成渗压计、土压力盒损坏情况；传感器随着时间的增长发生老化等问题。管片上传感器在安装后发现无法准确测量数据时，传感器无法进行便捷的检查和更换。
[0004]由于模型试验盾构隧道断面尺寸小、掘进距离长、传感器布设数量大等原因导致数据传输线缆数量多、重量大、难以布设线缆，且由于施工空间局促、管片拼接施工中管片块进洞过程易造成线缆破损等问题。
[0005]因此有必要设计一种便于安装测试组件、易于检修更换、能够进行盾构管片周围水、土压力无线监测系统，以满足地下工程盾构施工模型试验需求。

技术实现思路

[0006]鉴于上述情况，本专利技术提供了一种可实现盾构隧道衬砌外水、土压力监测和传感器更换功能的无线监测系统。
[0007]为了实现上述功能，本专利技术采取了如下技术方案：
[0008]本结构主要由管片、水压力及土压力监测组件(渗压计、土压力盒及安装装置)、密封组件、无线发射组件、无线接收组件、数据处理计算机及程序等组件构成，对盾构隧道衬砌外水、土压力进行监测，并构建了无线传输监测系统，实现了数据的实时采集、无线传输和远程处理分析。综合考虑盾构施工工法及模型试验特点，管片组件的每一环管片拆分成四块拼接块，分别是标准块、连接块A、连接块B、封顶块。
[0009]优选的，为实现在模型试验中真实模拟盾构隧道管片拼接完成后密封不渗水的工作状态，本专利技术的实施例提供了一种模型试验用盾构管片密封结构，在所述环向管片块连接处和纵向不同环管片块连接处均设置橡胶密封条安装槽，管片块拼接前预先粘贴橡胶条，管片块拼接时紧固螺丝，使密封条密贴达到密封效果。
[0010]优选的，为实现管片上安装水、土压力监测装置的安装，管片块内部增设三条加强
筋，每条加强筋的中部进行加厚处理，并在加强筋中部加厚处预留水压力和土压力传感器监测孔位，该孔位同时作为水压力和围岩压力监测组件及安装装置的安装支座，这种结构可以提升管片块强度，盾构反推作动时保护管片避免出现破坏。
[0011]进一步的，为实现在模型试验中对周围水压力和围岩压力的监测，本专利技术的实施例提供了一种模型试验用盾构管片水压力和围岩压力监测组件，其包括渗压计、应变式土压力盒及安装装置，渗压计透水石面埋置于支座圆形钢筒内，以测得水压力数值，应变式土压力盒受荷面端伸出盾构管片外并与外土层抵接，以测量土压力数值，通过安装装置固定渗压计和土压力盒，在固定的同时能够使得渗压计和土压力盒在安装装置内的位置可微调，以渗压计和土压力盒，根据水压力和围岩压力监测断面布置需求，在水、土压力监测环的标准块、连接块A、连接块B、封顶块管片块内部加强筋中分别选取两条加强筋预留水、土压力传感器监测孔位并作为水压力和围岩压力监测组件的安装支座，这种结构可实现水压力和围岩压力监测组件在管片环向一周布置，可以根据监测需求布置水压力监测幻想位置及围岩压力环向监测方向，且可实现管片拼接安装完成后对监测组件的安装，便于施工安装。
[0012]进一步的，为实现监测组件便捷安装和监测位置的密封，本专利技术的实施例提供了一种模型试验用盾构管片水、土压力传感器监测装置安装装置，包括两根上部没有上盖的圆形钢筒，下部为与管片相连接的底座，两根钢筒中部预留传感器线缆孔洞，底座上预留与管片相连接的螺栓安装孔洞。两根圆形钢筒的内径分别比渗压计、土压力盒直径大2—3mm，圆形钢筒的长度与模型用盾构管片预留孔洞深度相等，为实现传感器孔洞处的密封，所述安装装置与管片连接时设置支座密封垫片进行密封，通过螺丝紧密连接安装装置与管片上的安装支座，达到密封目的。
[0013]优选的，所述安装装置包含两根中空的圆形钢筒，所述安装装置底部分别设有两个穿线孔，所述穿线孔分别用于布设渗压计和土压力盒的线缆，能将渗压计和土压力盒的线缆通过安装装置分别穿出，可保护线缆，不需要再增设其他结构穿出电缆。该安装装置连带监测组件可方便快速的进行拆卸，便于试验过程中更换传感器。
[0014]优选的，所述安装组件—支座底部还预留安装用螺丝孔位，所述安装组件与管片上预留安装组件安装通孔孔位同心等大小设置，螺丝孔位分别对应，便于调节固定基座的位置。同时安装组件可实现传感器的快速更换。
[0015]优选的，所述安装组件与所述监测组件相连，在模型试验用盾构管片拼装完成之后，再进行监测组件、安装组件及支座密封垫的安装，安装组件与所述检测组件背离受荷面的一端可粘贴连接连接，通过在盾构管片安装后将传感器推到外侧土体接触面，使传感器受力均匀、真正接触到外侧土体接触面，使土体压力传感器监测组件能相对准确的监测到外侧土体对管片结构的压力。
[0016]进一步的，为实现监测组件获得数据的无线传输，本专利技术的实施例提供了一种无线传输组件，其由无线发射模块、无线接收模块组成，无线发射模块用于将水、土压力监测组件的各监测量通过公众无线通信网络传输到位于办公室的接受终端，无线接收模块用于接收现场无线传输模块发送的监测数据，并传输给终端下位数据处理计算机，下位数据处理计算机及程序，用于下载无线接收模块的信号，将监测数据存储于计算机存储系统内，并调用压力传感器监测程序进行自动分析，将分析结果与报警阀值进行对比，必要的时候实
施报警。在渗压计和土压力盒监测得到数据之后，通过传输线缆统一汇集到无线传输模块的收集端口，并由无线传输模块的无线发射端口进行无线发射，在办公室内布置无线接收模块，无线接收模块的收集端口接受无线信号，无线接收模块的下载端口连接下位数据处理计算机，即可成功开展水、土压力监测数据的无线监测、存储和分析。
[0017]优选的，无线发射模块应为集数据收集和无线发射功能于一体的组件，且易于固定于管片内部，减少单环管片上数据传输线缆布设长度，以达到便于施工，防止线缆破坏的目的。单环管片上的所有渗压计传输线缆统一连接到无线发射模块的渗压计线束汇集接口处，所有土压力盒传输线缆统一连接到无线发射模块的土压力盒线束汇集接口处，以实现水、土压力监测数据汇集到无线发射模块主体内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统，包括模型试验盾构管片、传感器安装组件(11)、土压力监测构件(12
‑
1)、渗压计(12
‑
2)、无线发射组件(18)、无线接收组件(19)和数据处理计算机(20)；其特征在于：模型试验盾构管片的每一环管片由盾构管片封顶块(1)、连接块A(2)、连接块B(3)、标准块(4)拼接而成，土压力盒(12
‑
1)和渗压计(12
‑
2)安装固定在传感器安装组件(11)上；将每一环管片上的土压力盒(12
‑
1)的监测数据和渗压计(12
‑
2)的监测数据分别汇总并接入无线发射组件(18)处，通过无线传输到无线接收组件(19)处，数据处理计算机(20)连接无线接收组件的下载端口，开展水、土压力监测数据的无线监测、存储和分析。2.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统，其特征在于：模型试验盾构管片封顶块(1)、连接块A(2)、连接块B(3)、标准块(4)的设计如下：每一环管片由盾构管片封顶块(1)、连接块A(2)、连接块B(3)、标准块(4)拼接而成，便于试验现场拼装，纵向不同环模型试验盾构管片间设计了纵向接触面板(5)并预留纵向连接螺栓固定孔(6)，环向不同块模型试验盾构管片间设计了环向接触面板(7)并预留环向连接螺栓固定孔(8)，为保证结构稳定设置传感器和注浆的需要设置了管片内部的加强肋(17)，实现盾尾注浆，在模型试验盾构管片的加强肋之一上预留了注浆孔(9)，为实现管片周围土压力监测功能，在盾构管片封顶块(1)、连接块A(2)，连接块B(3)、标准块(4)内部的三条加强肋中选取两条预留土压力盒安装孔(10
‑
1)和渗压计安装孔(10
‑
2)；为实现管片纵向及环向的密封，在纵向接触面板(5)和环向接触面板(7)均预留凹槽，以便安装环向密封条(15)和纵向密封条(16)进行密封。3.根据权利要求1所述的一种隧道衬砌水、土压力无线监测系统，其特征在于：为适配土压力传感器(12
‑
1)和渗压计(12
‑
2)，安装传感器安装组件(11)；传感器安装组件(11)的上部为没有上盖的土压力盒埋置圆形钢筒(11
‑
1)和没有上盖的渗压计埋置圆形钢筒(11
‑
5)，两钢筒中部分别预留土压力盒传输线缆孔洞(11
‑
3)和渗压计传输线缆孔洞(11
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6)，两钢筒下部为与管片相连接的底座(11
‑
2)，底座上预留与管片相连接的螺栓安装孔洞(11
‑
4)；土压力盒埋置圆形钢筒(11
‑
1)和渗压计埋置圆形钢筒(11
‑
5)的内径分别比土压力盒...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟旭，路德春，林庆涛，宋涛，杜修力，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：