一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法，涉及一種盾構管片接縫內力監(jiān)測方法，屬于隧道工程現場監(jiān)測與施工技術的交叉領域。本發(fā)明通過將光纖光柵壓力傳感器嵌入管片內部，使傳感器與管片連接成一個整體共同受力。測量管片接縫壓力時，在嵌入管片的光纖光柵壓力傳感器外表面粘貼與盾構管片橡膠密封條相同材料的橡膠片以保證荷載傳遞的正確性。通過對盾構管片接縫處橡膠密封條接觸壓力的實時監(jiān)測，可以確定隧道施工與運營期間盾構管片接縫的受力狀況，分析盾構管片接縫的力學行為與防水密閉性能，進而評價盾構襯砌接縫的工作狀況。本發(fā)明最大的優(yōu)點是實用性好、有效性強，可在現場對管片間接縫處的受力狀況進行實時測量，克服了此前盾構管片接縫內力在施工與運營階段難以監(jiān)測的難題。
【專利說明】
一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程現場監(jiān)測與施工技術的交叉領域，涉及盾構管片接縫受力的現場監(jiān)測與管片接縫密閉性及力學行為的評估。
【背景技術】
[0002]近二十年來，我國城市軌道交通得到了空前的發(fā)展，目前仍處在大規(guī)模的建設時期，其中盾構法是修建地鐵隧道主要采用的施工方法。在盾構隧道中，管片接縫由于具有獨特而復雜的結構導致其受力的分析異常復雜，管片接縫的力學行為和防水密閉性是隧道管片襯砌結構長期穩(wěn)定的關鍵。隨著盾構隧道的大量修建，盾構管片接縫密封性能對隧道施工與運營的影響日益突出，如在我國多個東南沿海城市，軟土地基土層沉降使隧道襯砌結構變形，導致管片接縫受損和地下水滲漏已嚴重影響地鐵的運營。因此，對盾構隧道施工和運營期管片接縫受力的了解有助于評估隧道襯砌結構的長期工作性能。
[0003]盾構管片接縫的防水密閉性由密封條所受壓力及密封條的質量控制。由于管片成環(huán)后接縫壓力難以測量，接縫的密封性能好壞不易探知，因而難以對其進行定量和有效地評估。現有的盾構管片健康監(jiān)測主要內容為盾構管片的受力和變形以及盾構管片外部所受的水土壓力，目前還沒有一種能在現場直接測量管片接縫壓力的方法和裝置。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的問題，提供一種可對盾構隧道管片接縫處的密封條進行實時監(jiān)測的方法。
[0005]為是實現本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法，包括以下步驟:
[0006]將壓力傳感器嵌入到盾構隧道管片中；
[0007]當嵌入了壓力傳感器的多個盾構隧道管片被連接成盾構隧道后，利用所述壓力傳感器實時監(jiān)測盾構隧道管片接縫處的壓力；
[0008]利用實時監(jiān)測得到的盾構隧道管片接縫處的壓力，分析所述管片接縫處的密閉性能及管片力學性能，從而實時判斷隧道滲漏的可能性以及管片破裂的可能性；
[0009]其中，所述盾構隧道管片固設有橡膠密封條，所述壓力傳感器被所述橡膠密封條覆蓋。
[0010]其中，所述盾構隧道管片設有安裝所述橡膠密封條的外槽。
[0011 ] 其中，所述壓力傳感器為光纖光柵壓力傳感器，通過澆筑混凝土的方式，將所述壓力傳感器的受力面貼于管片模具的外槽底部，使所述光纖光柵壓力傳感器與所述盾構隧道管片饒筑為一體。
[0012]優(yōu)選地，所述壓力傳感器是通過在盾構隧道管片的外槽底部開設內槽，將所述光纖光柵壓力傳感器安裝到所述盾構隧道管片中。
[0013]特別是，在所述光纖光柵壓力傳感器的受力面粘貼用于保護傳感器的橡膠片。
[0014]特別是，所述管片橡膠密封條附著在所述橡膠片上。
[0015]特別是，所述橡膠片的材質與所述橡膠密封條的材質相同。
[0016]特別是，所述橡膠片的面積大小與所述光纖光柵壓力傳感器的受力面相同。
[0017]優(yōu)選地，所述橡膠片的面積略大于所述光纖光柵壓力傳感器的受力面。
[0018]優(yōu)選地，所述橡膠片選自三元乙丙橡膠。
[0019]特別是，本發(fā)明的一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法，還包括:
[0020]在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之前，利用監(jiān)測裝置測量并保存所述已嵌入管片的壓力感應器的初始波長；
[0021]在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之后，利用監(jiān)測裝置實時測量所述壓力傳感器的當前波長；
[0022]根據所述初始波長和當前波長，計算管片接縫處所受壓力。
[0023]其中，所述盾構隧道管片中還設有用于傳輸光信號的連接導線。
[0024]特別是，所述連接導線是通過澆筑混凝土的方式，使其穿過所述盾構隧道管片，將所述光信號傳送至監(jiān)測裝置。
[0025]其中，所述連接導線通過在盾構隧道管片表面開設的預留槽，將所述光纖光柵傳感器信號傳送至信號采集和分析設備。
[0026]本發(fā)明的有益效果體現在:
[0027]1、本發(fā)明通過將光纖光柵壓力傳感器嵌入管片內部，將傳感器與管片連接成一個整體，尤其是嵌入在橡膠密封條的底部，使橡膠密封條位于傳感器的受力面上，實現對管片接縫處所受壓力的原位監(jiān)測。
[0028]2、由于在嵌入管片的光纖光柵壓力傳感器外表面與密封條之間粘貼了與盾構管片橡膠密封條相同材料的橡膠片，從而保證荷載傳遞的正確性，同時保護傳感器不受腐蝕和破壞。
[0029]3、通過對盾構管片接縫處橡膠密封條接觸壓力的實時監(jiān)測，可以確定隧道施工與運營期間盾構管片接縫的受力狀況，分析盾構管片接縫的力學行為與防水密閉性能，進而評價盾構襯砌接縫的工作狀況。
[0030]4、本發(fā)明的實用性好、有效性強，可在現場對管片間接縫的受力狀況進行實時測量，實現盾構管片性能預警，克服了此前盾構管片接縫內力在施工與運營階段難以監(jiān)測的難題，以致無法及時有效地應對漏水或管片破碎的突發(fā)狀況。
【附圖說明】
[0031]當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整、更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定，如圖，其中:
[0032]圖1是本發(fā)明方法的操作步驟流程圖；
[0033]圖2是本發(fā)明的盾構隧道管片的結構示意圖正視圖；
[0034]圖3是本發(fā)明的盾構隧道管片環(huán)向方向接縫處的結構示意圖正視圖；
[0035]圖4是本發(fā)明的盾構隧道管片環(huán)向接縫處的結構示意圖側視圖；
[0036]圖5是本發(fā)明的盾構隧道管片縱向接縫處的結構示意圖正視圖；
[0037]圖6是本發(fā)明的盾構隧道管片縱向接縫處的結構示意圖側視圖。
[0038]圖2中，a、外槽；b、內槽。
[0039]圖3-6中，1、壓力傳感器；2、橡膠片；3、橡膠密封條；4、連接導線；5、連接導線預留槽；6、盾構隧道管片。
【具體實施方式】
[0040]下面結合具體實施例來進一步描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術方案的細節(jié)和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內。
[0041]實施例1
[0042]如圖1所示的本發(fā)明的一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法的操作步驟，包括:
[0043]步驟S101，將壓力傳感器嵌入到盾構隧道管片內部，并位于安裝橡膠密封條的外槽底部位置，使壓力傳感器與管片成為一個整體，共同受力。
[0044]進一步的，所述壓力傳感器為光纖光柵傳感器，通過澆筑混凝土制作盾構隧道管片，使所述光纖光柵壓力傳感器與所述盾構隧道管片澆筑為一體。
[0045]其中，所述光纖光柵壓力傳感器的量程最大值略大于管片接縫處的預測壓力值。
[0046]進一步的，所述通過澆筑混凝土制作盾構隧道管片，使所述光纖光柵壓力傳感器與所述盾構隧道管片澆筑為一體包括:將澆筑混凝土前，將壓力傳感器受力面的一側與管片模具內安裝橡膠密封條的外槽處的內表面密貼，并固定在模具外槽處的側面，然后澆筑混凝土制作盾構隧道管片，獲得其內部嵌有壓力傳感器的盾構管片，且所述壓力傳感器的受力面與所述盾構管片的側面位于同一水平面。
[0047]特別是，所述側面是指用于附著橡膠密封條的外槽位置處，使壓力傳感器便于監(jiān)測密封條接縫處所受的壓力。
[0048]進一步的，所述壓力傳感器還可以是通過在盾構隧道管片開設內槽，將所述光纖光柵壓力傳感器安裝到所述內槽中，使所述光纖光柵壓力傳感器嵌入到盾構隧道管片內部，并位于橡膠密封條的底部位置處。
[0049]進一步的，所述將壓力傳感器嵌入到盾構隧道管片內部還包括:在所述光纖光柵壓力傳感器的受力面粘貼用于保護傳感器的橡膠片；在所述光纖光柵壓力傳感器的受力面上附著管片橡膠密封條。
[0050]其中，所述橡膠片的材質與所述橡膠密封條相同，且與壓力傳感器受力面的面積大小相同，用于保護壓力傳感器免受腐蝕和破壞，且保證荷載傳遞的正確性，提高信息的準確度。
[0051]優(yōu)選地，所述橡膠片的面積略大于壓力傳感器受力面的面積。
[0052]其中，所述光纖光柵傳感器可以是一個，也可以是多個，以便獲得橡膠密封條處多個位置的壓力的分布和變化，從而更為精準地分析判斷盾構管片接縫處的密閉性能和管片接縫出的力學性能，從而實時判斷隧道滲漏的可能性和隧道安全性能，以便實現盾構管片和隧道安全預警，及時有效地采取處理措施。
[0053]步驟S102，當嵌入了壓力傳感器的多個盾構隧道管片被連接成盾構隧道后，利用所述壓力傳感器實時監(jiān)測盾構隧道管片接縫處的管片橡膠密封條所受壓力。
[0054]步驟S103，利用實時監(jiān)測得到的盾構隧道管片接縫處的壓力，分析所述管片接縫處的密閉性能及管片接頭處的力學性能，從而實時判斷隧道滲漏的可能性以及管片破裂的可能性。
[0055]其中，所述盾構隧道管片固設有橡膠密封條，所述壓力傳感器被所述橡膠密封條覆蓋。
[0056]進一步的，本發(fā)明方法還包括:在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之前，利用監(jiān)測裝置測量并保存所述已嵌入管片的壓力感應器的初始波長；在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之后，利用監(jiān)測裝置實時測量所述壓力傳感器的當前波長；根據所述初始波長和當前波長，計算管片橡膠密封條所受壓力。
[0057]實施例2
[0058]如圖2-6所示的通過本發(fā)明方法獲得的所述的盾構隧道管片接縫處的結構示意圖，包括:嵌入在盾構隧道管片6內部的壓力傳感器1，安裝在內槽b處，所述壓力傳感器的受力面與所述盾構管片的側面位于同一水平面；布設在壓力傳感器受力面上的橡膠片2，用于保護壓力傳感器不受腐蝕和破壞；附著在所述橡膠片2上，安裝在管片側面的橡膠密封條3，所述橡膠密封條3安裝在內槽a中；用于傳輸光信號的連接導線4，其一端與所述壓力傳感器連接，其另一端與所述監(jiān)測裝置連接；用于布設所述連接導線的連接導線預留槽5。
[0059]其中，所述壓力傳感器為光纖光柵壓力傳感器，當橡膠密封條受到壓力而變形后，所述光纖光柵壓力傳感器的波長發(fā)生變化，根據波長的變化判斷密封條的密閉性。
[0060]其中，所述橡膠片的材質與所述密封條的材質相同，從而保證了荷載的正確性。
[0061]其中，所述光纖光柵傳感器的量程最大值略大于管片接縫處的預測壓力值。
[0062]本發(fā)明的特點在于:本發(fā)明通過將光纖光柵壓力傳感器嵌入管片內部，并由橡膠密封條覆蓋，使橡膠密封條位于傳感器的受力面上，將傳感器與管片連接成一個整體，實現了對橡膠密封條所受壓力的實時檢測。為了保證荷載傳遞的正確性、保護傳感器不受腐蝕破壞，在嵌入管片的光纖光柵壓力傳感器外表面與橡膠密封條之間粘貼了與盾構管片橡膠密封條相同材料的橡膠片。本發(fā)明通過對盾構管片接縫處密封條接觸壓力的實時監(jiān)測，可以確定隧道施工與運營期間盾構管片接縫的受力狀況，分析盾構管片接縫的力學行為與防水密閉性能，進而評價盾構襯砌接縫的工作狀況，以便實現盾構管片和隧道安全預警，及時有效地采取處理措施。本發(fā)明最大的優(yōu)點是實用性好、有效性強，可在現場實時的對管片間接縫的受力狀況進行檢測，克服了此前盾構管片接縫內力在施工與運營階段難以監(jiān)測的難題。
[0063]盡管上述對本發(fā)明做了詳細說明，但不限于此，本技術領域的技術人員可以根據本發(fā)明的原理進行修改，因此，凡按照本發(fā)明的原理進行的各種修改都應當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種盾構隧道管片接縫受力的原位測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 將壓力傳感器嵌入到盾構隧道管片中； 當嵌入了壓力傳感器的多個盾構隧道管片被連接成盾構隧道后，利用所述壓力傳感器實時監(jiān)測盾構隧道管片接縫處的壓力； 利用實時監(jiān)測得到的盾構隧道管片接縫處的壓力，分析所述管片接縫處的密閉性能及管片接頭處的力學性能，從而實時判斷隧道滲漏的可能性以及管片破裂的可能性； 其中，所述盾構隧道管片固設有橡膠密封條，所述壓力傳感器被所述橡膠密封條覆蓋。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力傳感器為光纖光柵壓力傳感器，通過澆筑混凝土的方式，使所述光纖光柵壓力傳感器與所述盾構隧道管片澆筑為一體。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述盾構隧道管片設有安裝所述橡膠密封條的外槽。4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述壓力傳感器為光纖光柵壓力傳感器，通過在盾構隧道管片的所述外槽底部開設的內槽，將所述光纖光柵壓力傳感器安裝到所述盾構隧道管片中。5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，在所述光纖光柵壓力傳感器的受力面粘貼用于保護傳感器的橡膠片。6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述管片橡膠密封條附著在所述橡膠片上，且所述橡膠片材質與所述管片橡膠密封條材質相同。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之前，利用監(jiān)測裝置測量并保存所述已嵌入管片的壓力感應器的初始波長； 在嵌入了壓力傳感器的盾構隧道管片被連接成盾構隧道之后，利用監(jiān)測裝置實時測量所述壓力傳感器的當前波長； 根據所述初始波長和當前波長，計算管片接縫處所受壓力。8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述盾構隧道管片中還設有用于傳輸光信號的連接導線，其一端與所述壓力傳感器連接，其另一端與所述監(jiān)測裝置連接。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述連接導線通過澆筑混凝土的方式，使其穿過所述盾構隧道管片，將所述光信號傳送至監(jiān)測裝置。10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述連接導線通過在盾構隧道管片表面開設的預留槽，將所述光纖光柵傳感器信號傳送至信號采集和分析設備。
【文檔編號】G01L1/24GK105987778SQ201510226784
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年5月6日
【發(fā)明人】張國亮, 黃明利, 李濤, 吳彪, 劉恒, 楊劍, 文人學, 陳思明
【申請人】中鐵建設投資集團有限公司, 北京交通大學