一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法技术

本发明专利技术是一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法，具体为：制作应力监测管，应力监测管包括环氧树脂圆筒、内螺纹金属环、环氧树脂外包层、内衬环；制作温度监测管，温度监测管包括温度传感器和金属管；测温孔测量放样及开孔；首段测温管顶进；监测管段顶进，将连接好的应力监测管和温度监测管顶进土层；顶进后续测温管；冻结壁形成后，用钢丝绳将内衬环封顶块拉出，开始应力监测和温度监测；对冻结壁应力监测进行温度校准。本发明专利技术可以实现施工过程中对冻结壁同一点位进行三向应力和温度的监测，有利于冻结壁受力状态的掌握，为冻结壁温度场和应力场研究提供依据。和应力场研究提供依据。和应力场研究提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法


[0001]本专利技术涉及隧道冻结法施工监测
，尤其涉及一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法。

技术介绍

[0002]冻结法技术使地层中的水结冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行地下工程施工。冻结法因其具有止水性、较高冻土强度和对复杂地层适应性等特点，已成为地铁联络通道的主要施工方法。
[0003]冻土帷幕的温度发展规律和冻结帷幕形成状况关系到冻结法施工的安全，冻结法监测技术不仅对施工安全提供保障，而且为深入研究冻结壁的物理力学性质、受力分析提供了可靠数据。目前冻结法施工的监测主要包括温度监测和冻胀力监测，温度监测一般采用测温电缆作为传感器，冻胀力监测则采用埋入土压力盒的方式。然而目前常规监测技术仅仅满足了对温度监测的需求，较少有对冻结壁的应力同时监测的技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决现有技术的不足，而提供一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法。
[0005]本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：
[0006]一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法，具体步骤为：
[0007]S1、制作应力监测管
[0008]应力监测管包括环氧树脂圆筒，环氧树脂圆筒两端设有内螺纹金属环，内螺纹金属环与环氧树脂圆筒外浇注有环氧树脂外包层，环氧树脂圆筒内部设有内衬环，内衬环一端面上设有焊接有圆环且圆环上绑扎有钢丝绳；
[0009]环氧树脂圆筒侧壁内部圆周浇注有三组应变花，三组应变花之间的夹角为120
°
，每组应变花均有四支应变片组成，四个应变片互相间隔45
°
，应变片的应变监测导线由环氧树脂圆筒侧壁引出；
[0010]S2、制作温度监测管
[0011]温度监测管包括金属管，金属管一端部内壁上设有内螺纹且另外一端部外壁上设有外螺纹，金属管的外螺纹端与应力监测管的内螺纹金属环连接，金属管内壁上在靠近应力监测管的一端焊接有三块钢板，形成安装槽，温度传感器封装在金属圆杆内放置在安装槽内，温度传感器的导线由金属管管口引出；
[0012]S3、测温孔测量放样及开孔
[0013]按冻结孔孔口与基准十字线的设计距离用钢卷尺丈量确定孔口孔位中心点，并用红油漆标出孔位中心十字线，然后用开孔钻机对隧道管片进行开孔，安装孔口管后连接控制阀门；
[0014]S4、首段测温管顶进
[0015]顶杆与冻结管头部的导向头相连，导向头一端为锥形头且另外一端连接有首段测温管，顶管机活塞与顶杆尾端相连，启动液压泵，液压缸的活塞伸长时，对顶杆施加顶力，顶力通过顶杆传到冻结管头部的导向头并带动首段测温管进入地层；
[0016]S5、监测管段顶进
[0017]将温度监测管一端与首段测温管连接、另外一端与应力监测管连接，在顶管机顶杆与顶帽之间加入加尺杆，将应力监测管和温度监测管顶进土层；
[0018]S6、继续顶进
[0019]将应力监测管另外一端连接后续测温管，继续接长顶管机顶杆，顶进后续测温管，顶进达到设计深度后移走顶管机，拉出顶杆，将内衬环钢丝绳引出，将温度监测管的导线引出连接温度测量模块、转换器后传输到计算机，将应变监测导线引出连接应变仪；
[0020]S7、监测
[0021]冻结壁形成后，用钢丝绳将内衬环的局部结构拉出，释放内衬环对环氧树脂圆筒的约束，开始应力监测和温度监测，监测冻结壁进一步发展和开挖过程中的温度和应力发展；
[0022]S8、对冻结壁应力监测进行温度校准
[0023]应力监测管中应变片及应变监测导线将受到温度的影响，根据监测的冻结壁温度，将同规格应力监测管连接同长度应变监测导线，将其放到相同温度的冷冻箱中，监测应力，作为对冻结壁应力监测的温度补偿。
[0024]步骤S1中，环氧树脂圆筒的外径为106mm，壁厚为7mm；内螺纹金属环的外径为106mm，壁厚为7mm，内壁上设有内螺纹；环氧树脂外包层的外径为108mm，壁厚为1mm。
[0025]步骤S1中，内衬环的外径为92mm，壁厚为8mm，内衬环的长度与环氧树脂圆筒的长度相同，内衬环由无缝钢管切割为三块内衬环片，其中一块为封顶块且另外两块为邻接块，绑扎钢丝绳的圆环焊接在封顶块的端部，一块为封顶块和两块为邻接块拼装于环氧树脂圆筒内部。
[0026]步骤S2中，金属管采用直径为108mm，厚度为8mm的无缝钢管制作而成。
[0027]步骤S2中，温度传感器采用数字温度传感器DS18B20。
[0028]步骤S4中，导向头的端面直径比首段测温管的外径大4mm，以便降低管侧阻力。
[0029]步骤S6中，温度监测管的导线连接的是LTM
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8303温度测量模块和LTM
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8520转换器。
[0030]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用应力监测管和温度监测管监测冻结壁中一点的三向应力和温度，可以跟踪冻结壁形成后以及冻结壁内开挖过程中冻结壁应力和温度的变化，达到监控开挖过程安全状态的目的；施工时，采用内衬环约束应力监测管的变形，冻结壁形成后，通过拆除内衬环的封顶块的方式达到应力释放，测量得到冻结壁中应力；温度传感器紧邻应力监测管，测量得到应力监测点的温度。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中首段测温管的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术中应力监测管的结构示意图；
[0033]图3为本专利技术中应力监测管中内衬环的结构示意图；
[0034]图4为本专利技术中应力监测管中应变片的布置示意图；
[0035]图5为本专利技术中温度监测管的结构示意图；
[0036]图6为本专利技术中后续测温管的结构示意图；
[0037]图中：1
‑
导向头；2
‑
首段测温管；3
‑
应力监测管；4
‑
温度监测管；5
‑
后续测温管；
[0038]31
‑
内衬环；32
‑
内螺纹金属环；33
‑
环氧树脂外包层；34
‑
邻接块；35
‑
钢丝绳；36
‑
封顶块；37
‑
环氧树脂圆筒；38
‑
应变花；
[0039]41
‑
温度传感器；42
‑
金属管；43
‑
安装槽；44
‑
导线；
[0040]以下将结合本专利技术的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
[0041]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软土地层中冻结壁应力和温度的监测方法，其特征在于，具体步骤为：S1、制作应力监测管（3）应力监测管（3）包括环氧树脂圆筒（37），环氧树脂圆筒（37）两端设有内螺纹金属环（32），内螺纹金属环（32）与环氧树脂圆筒（37）外浇注有环氧树脂外包层（33），环氧树脂圆筒（37）内部设有内衬环（31），内衬环（31）一端面上设有焊接有圆环且圆环上绑扎有钢丝绳（35）；环氧树脂圆筒（37）侧壁内部圆周浇注有三组应变花（38），三组应变花（38）之间的夹角为120
°
，每组应变花（38）均有四支应变片组成，四个应变片互相间隔45
°
，应变片的应变监测导线由环氧树脂圆筒（37）侧壁引出；S2、制作温度监测管（4）温度监测管（4）包括金属管（42），金属管（42）一端部内壁上设有内螺纹且另外一端部外壁上设有外螺纹，金属管（42）的外螺纹端与应力监测管（3）的内螺纹金属环（32）连接，金属管（42）内壁上在靠近应力监测管（3）的一端焊接有三块钢板，形成安装槽（43），温度传感器（41）封装在金属圆杆内放置在安装槽（43）内，温度传感器（41）的导线（44）由金属管（42）管口引出；S3、测温孔测量放样及开孔按冻结孔孔口与基准十字线的设计距离用钢卷尺丈量确定孔口孔位中心点，并用红油漆标出孔位中心十字线，然后用开孔钻机对隧道管片进行开孔，安装孔口管后连接控制阀门；S4、首段测温管（2）顶进顶杆与冻结管头部的导向头（1）相连，导向头（1）一端为锥形头且另外一端连接有首段测温管（2），顶管机活塞与顶杆尾端相连，启动液压泵，液压缸的活塞伸长时，对顶杆施加顶力，顶力通过顶杆传到冻结管头部的导向头（1）并带动首段测温管（2）进入地层；S5、监测管段顶进将温度监测管（4）一端与首段测温管（2）连接、另外一端与应力监测管（3）连接，在顶管机顶杆与顶帽之间加入加尺杆，将应力监测管（3）和温度监测管（4）顶进土层；S6、继续顶进将应力监测管（3）另外一端连接后续测温管（5），继续接长顶管机顶杆，顶进后续测温管（5），顶进达到设计深度后移走顶管机，拉出顶杆，将内衬环钢丝绳（35）引出，将温度监测管（4）的导线（44）引出连接温度测量模块、转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋子文，刘晓敏，王世友，宋立伟，葛隆博，
申请(专利权)人：天津中建国际工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：