一种盾构施工过程用的水土压力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构施工过程用的水土压力监测系统及方法，属于盾构隧道工程技术领域。本发明专利技术的水土压力监测装置具有防淤堵功能，可选择对应措施对管路进行冲洗或排淤，保证了测量精度。同时，采用本申请的水土压力监测装置以及对应的布置方案，可监测施工过程中作用于盾体上的水压力、土压力和总压力大小及分布，保证了高水压、深覆土条件下隧道施工的安全。本发明专利技术还公开了相适配的安全预警系统，监测水土压力监测装置的工作状态：判断水土压力监测装置是否存在泄露或者淤堵，进一步保证了高水压、深覆土条件下隧道施工的安全和高效。效。效。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构施工过程用的水土压力监测系统及方法


[0001]本专利技术属于盾构隧道工程
，具体涉及一种盾构施工过程用的水土压力监测系统及方法。

技术介绍

[0002]盾构法因其安全高效、对环境影响小、地层适应性强、机械化程度高等优点，被广泛应用于城市轨道交通、地下通道、综合管廊等基础设施的建设。随着盾构施工技术的不断提高，盾构隧道频繁穿越“江、河、湖、海”等水下复杂区域，并且向深大隧道方向发展。高水压、大埋深等工况更容易导致盾尾密封失效、突水涌泥等事故，因此亟需一种监测装置和监测方案能够精确监测施工过程中作用于盾壳的水土压力。
[0003]通过调研发现，盾构施工过程水土压力监测面临着以下问题：目前少有盾构机在盾壳上安装水土压力监测装置，因此目前尚未有成熟可靠的监测装置布置方案；若直接在盾壳上安装水压传感器极易造成传感器淤堵；若在盾壳上直接安装压力传感器则监测到为水土总压力，无法精确监测到作用在盾壳上的水压力和土压力。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，提供一种盾构施工过程用的水土压力监测系统及方法。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，安装在盾壳上；所述水土压力监测系统包括：水土压力监测装置，按照预定要求布置在盾壳上；所述水土压力监测装置用于监测施工过程中盾壳承受的水压力p
w
、土压力p
s
和总压力p，以及水压力p
w
、土压力p
s
和总压力p的分布情况；所述水土压力监测装置具有防淤堵功能；安全预警系统，连接于所述水土压力监测装置；所述安全预警系统被设置为监测水土压力监测装置的工作状态：判断水土压力监测装置是否存在泄露或者淤堵。
[0006]在进一步的实施例中，所述水土压力监测装置包括：若干个注浆孔，沿径向分布在所述盾壳上；至少一组水压力监测装置和总压力传感器，可拆卸的安装在对应的注浆孔内；所述水压力监测装置和总压力传感器用于监测对应位置处的水压力p
w
和总压力p；则，所述土压力p
s
通过以下公式计算得到：p
s
=p
‑
p
w
。
[0007]在进一步的实施例中，所述水压力监测装置至少包括以下工作模式：监测模式、冲洗模式、排淤模式和自动关闭模式。
[0008]在进一步的实施例中，所述水压力监测装置包括：引浆管路，其一端螺纹连接于对应的注浆孔；四通接头，其第一接口连接于所述引浆管路的另一端；水压传感器，螺纹连接于所述四通接头的第二接口；
排淤管路，其一端连接于所述四通接头的第三接口；冲洗管路，其一端连接于所述四通接头的第四接口；其中，所述引浆管路、排淤管路和冲洗管路分别设置有对应的进浆控制球阀、排淤控制球阀和冲洗控制球阀。
[0009]在进一步的实施例中，所述总压力传感器的受压面与盾壳外壁之间留有预定距离；对应注浆孔的内侧设置有第二接头管和连接于所述第二接头管的堵头球阀。
[0010]在进一步的实施例中，当安全预警系统监测到水压传感器的读数变化不显著，但总压力传感器的读数变化显著，则水土压力监测装置出现淤堵，将其由监测模式切换为冲洗模式或排淤模式；当安全预警系统监测到水压传感器的读数骤升，并且水压传感器读数超过预警值，将其由监测模式切换为自动关闭模式；反之，继续保持监测模式；当安全预警系统监测到水压传感器的读数骤降，若总压力传感器的读数变化不同步，即水压力监测装置存在泄露，将其由监测模式切换为自动关闭模式；当安全预警系统监测到需要更换水压传感器时，将其由监测模式切换为自动关闭模式。
[0011]在进一步的实施例中，若引浆管路畅通，排淤管路和冲洗管路均处于关闭状态，则地下水作用于水压传感器，水压力监测装置为监测模式；若引浆管路发生淤堵，则开通清洗管路，对引浆管路进行冲洗；若冲洗第一预定时长之后仍存在淤堵，则先关闭引浆控制球阀，再开通清洗管路和排淤管路，将泥沙从排淤管路排出。
[0012]在进一步的实施例中，若冲洗第二预定时长之后，水压传感器的读数仍为异常状态，则对引浆管路进行拆卸，通过外力完成清淤处理。
[0013]使用如上所述的盾构施工过程用的水土压力监测系统的监测方法，至少包括以下步骤：步骤一、水土压力监测装置的布置：基于监测需求于盾壳上选定至少一个安装位置，在安装位置处对应安装水土压力监测装置，每组水土压力监测装置内的水压力监测装置和总压力传感器处于同一高度；步骤二、水压力p
w
、土压力p
s
和总压力p的获取：控制引浆管路处于畅通状态，压力水流经引浆管路作用于水压传感器，即可测得对应高度的水压力p
w
；获取安装在对应高度的总压力传感器的读数，即为对应高度的总压力p；则，土压力p
s
通过以下公式计算得到：p
s
=p
‑
p
w
；若安全预警系统监测到水压传感器的读数变化不显著，且总压力传感器的读数变化显著，则执行步骤三；若安全预警系统监测到水压传感器的读数骤升，且水压传感器的读数超过预警值，则执行步骤四；若安全预警系统监测到水压传感器的读数骤降，且总压力传感器的读数变化不同步则执行步骤四，并报警；步骤三、若引浆管路发生淤堵，则开通清洗管路，对引浆管路进行冲洗；若冲洗第一预定时长之后仍存在淤堵，则先关闭进浆控制球阀，再开通清洗管路和排淤管路，将泥沙从排淤管路排出；若冲洗第二预定时长之后，水压传感器的读数仍为异常状态，则对引浆管
路进行拆卸，通过外力完成清淤处理；待水压传感器和总压力传感器的读数正常后，开启进浆控制球阀，执行步骤二；步骤四、关闭引浆管路上的进浆控制球阀，进行检查与维护；执行步骤二。
[0014]在进一步的实施例中，未安装有水土压力监测装置的注浆孔作为预留孔，若当前安装位置对应的注浆孔发生严重淤堵，则使用预留孔重新布置所需的水土压力监测装置；所述严重淤堵为泥沙从排淤管路排出后，水压传感器的读数仍为异常状态的情况；若盾构穿越风险源，则通过预留孔向盾壳内注入所需材料，控制地层沉降。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术的水土压力监测装置具有防淤堵功能，通过控制引浆管路、排淤管路和冲洗管路的工作状态，实现对引浆管路的冲洗与排淤，防止水土压力监测装置的淤堵，同时进一步保证测量精度。本专利技术的水土压力监测装置包括水土压力监测装置和总压力传感器，两者配合测出施工过程中作用于盾体上的水压力、土压力及总压力。
[0016]同时，通过观察水土压力监测装置和总压力传感器的读数变化，判断当前水土压力监测装置的工状态，并做出对应的措施，换言之，在实时读取所需数据时，还可以做到实时监测与维护，建立了关于水土压力监测装置的安全预警系统。
[0017]本专利技术还提出了盾壳的水土压力监测装置的布置方案，可以监测施工过程中盾壳上的水压力、土压力及总压力大小及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，安装在盾壳上；其特征在于，所述水土压力监测系统包括：水土压力监测装置，按照预定要求布置在盾壳上；所述水土压力监测装置用于监测施工过程中盾壳承受的水压力p
w
、土压力p
s
和总压力p，以及水压力p
w
、土压力p
s
和总压力p的分布情况；所述水土压力监测装置具有防淤堵功能；安全预警系统，连接于所述水土压力监测装置；所述安全预警系统被设置为监测水土压力监测装置的工作状态：判断水土压力监测装置是否存在泄露或者淤堵。2.根据权利要求1所述的一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，其特征在于，所述水土压力监测装置包括：若干个注浆孔，沿径向分布在所述盾壳上；至少一组水压力监测装置和总压力传感器，可拆卸的安装在对应的注浆孔内；所述水压力监测装置和总压力传感器用于监测对应位置处的水压力p
w
和总压力p；则，所述土压力p
s
通过以下公式计算得到：p
s
=p
‑
p
w
。3.根据权利要求2所述的一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，其特征在于，所述水压力监测装置至少包括以下工作模式：监测模式、冲洗模式、排淤模式和自动关闭模式。4.根据权利要求2所述的一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，其特征在于，所述水压力监测装置包括：引浆管路，其一端螺纹连接于对应的注浆孔；四通接头，其第一接口连接于所述引浆管路的另一端；水压传感器，螺纹连接于所述四通接头的第二接口；排淤管路，其一端连接于所述四通接头的第三接口；冲洗管路，其一端连接于所述四通接头的第四接口；其中，所述引浆管路、排淤管路和冲洗管路分别设置有对应的进浆控制球阀、排淤控制球阀和冲洗控制球阀。5.根据权利要求2所述的一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，其特征在于，所述总压力传感器的受压面与盾壳外壁之间留有预定距离；对应注浆孔的内侧设置有第二接头管和连接于所述第二接头管的堵头球阀。6.根据权利要求3所述的一种盾构施工过程用的水土压力监测系统，其特征在于，当安全预警系统监测到水压传感器的读数变化不显著，但总压力传感器的读数变化显著，则水土压力监测装置出现淤堵，将其由监测模式切换为冲洗模式或排淤模式；当安全预警系统监测到水压传感器的读数骤升，并且水压传感器读数超过预警值，将其由监测模式切换为自动关闭模式；反之，继续保持监测模式；当安全预警系统监测到水压传感器的读数骤降，若总压力传感器的读数变化不同步，即水压力监测装置存在泄露，将其由监测模式切换为自动关闭模式；当安全预警系统监测到需要更换水压传感器时，将其由监测模式切换为自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘四进，史林肯，魏英杰，王军，王华伟，余云翔，
申请(专利权)人：中铁十四局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：