本發(fā)明涉及盾構(gòu)施工的在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

隨著國家海綿城市及地下綜合管廊建設(shè)步伐的加快，城市非開挖施工需求不斷增長，污水管道盾構(gòu)施工也越來越多的應(yīng)用于地下工程建設(shè)中。與地鐵功能不同，排水盾構(gòu)在本體防滲方面要嚴(yán)于地鐵盾構(gòu)，因為污水管道的滲漏將嚴(yán)重污染地下水資源和環(huán)境，且一旦運行也將難以進(jìn)行內(nèi)部堵漏修補，因此，盾構(gòu)施工完成后，需要在管片與管片之間存在并保持一定的縱向壓力。同時中間工作井的開挖，負(fù)環(huán)管片的拆除都亟需對施工過程中管片縱力的變化有一個清晰的認(rèn)識。

目前關(guān)于盾構(gòu)管片受力的研究大多集中在管道橫截面內(nèi)的受力分析，應(yīng)用在保證管片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面，關(guān)于小直徑盾構(gòu)在砂卵石地層施工過程中管片縱向受力的研究則鮮少見到報道，現(xiàn)有的受力分析結(jié)果和監(jiān)測方法并不適用于此種情況的縱向受力監(jiān)測。在盾構(gòu)施工的實際推進(jìn)過程中，對后方管片是一個多次加卸載的過程，這個過程需要通過全程在線監(jiān)測才能明確整個過程中，盾構(gòu)管片的變形、位移以及應(yīng)力狀態(tài)，才能對施工過程中的不安全因素加以修改、補充和完善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種在線監(jiān)測盾構(gòu)施工中盾構(gòu)管片在沿輸水管道方向的縱向受力情況、準(zhǔn)確度高的小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有技術(shù)中缺乏小直徑盾構(gòu)在砂卵石地層施工過程中管片縱向受力的研究，且無相關(guān)的、準(zhǔn)確度高的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，小直徑輸水管道的外徑為3500-4000mm，包括設(shè)置在盾構(gòu)管片上的傳感器、依次與傳感器的信號輸出端電連接的信號采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；沿輸水管道軸線方向垂直間隔設(shè)置監(jiān)測斷面，在監(jiān)測斷面上均勻設(shè)置傳感器；傳感器設(shè)置在盾構(gòu)管片內(nèi)部，其應(yīng)變傳感方向與輸水管道方向平行，傳感器的信號輸出端與信號采集系統(tǒng)的信號輸入端電連接；信號采集系統(tǒng)的信號輸出端與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)電連接或信號連接。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述監(jiān)測斷面的數(shù)量為5個，監(jiān)測斷面的間隔距離為30-35m。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述傳感器包括應(yīng)力計、內(nèi)設(shè)導(dǎo)線的導(dǎo)線盒和將導(dǎo)線盒固定在環(huán)形主筋上的固定架，所述應(yīng)力計固定在盾構(gòu)管片的環(huán)向主筋上，應(yīng)力計的信號輸出端與導(dǎo)線電連接，導(dǎo)線另一端與信號采集系統(tǒng)的信號輸入端電連接；所述固定架包括圍設(shè)在導(dǎo)線盒四周的矩形框架和垂直固定在矩形框架中部的Y型連接件，矩形框架和Y型連接件一體制成，Y型連接件的尾端焊接固定在盾構(gòu)管片的主筋上。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述導(dǎo)線盒內(nèi)的導(dǎo)線的預(yù)留長度為150-200mm。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述應(yīng)力計為振弦式表面應(yīng)力計。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述信號采集系統(tǒng)的信號輸出端通過電纜或光纖與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的信號輸入端電連接，所述電纜為RS-485電纜。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步的，所述信號采集系統(tǒng)的信號輸出端通過GPRS與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)信號連接。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的施工方法，包括以下步驟：

步驟A、傳感器設(shè)置：在應(yīng)力計的信號輸出端連接導(dǎo)線，盤入導(dǎo)線盒，與應(yīng)力計一同綁扎固定在管片的環(huán)形主筋上，應(yīng)力計的應(yīng)變傳感方向與輸水管道方向平行；

步驟B、混凝土澆筑：進(jìn)行混凝土澆筑，在傳感器的1m范圍內(nèi)，以人工分層振搗密實；

步驟C、監(jiān)測斷面的盾構(gòu)管片設(shè)置：在預(yù)定的監(jiān)測斷面，安裝設(shè)有傳感器的盾構(gòu)管片，然后將導(dǎo)線盒中的導(dǎo)線取出，另一端與信號采集系統(tǒng)的信號輸入端連接；現(xiàn)場的各信號采集系統(tǒng)通過電纜連接組成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)；

步驟D、監(jiān)測系統(tǒng)的連接：將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)電連接或信號連接，實現(xiàn)傳感器信號的實時輸送和在線監(jiān)測。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一、傳感器設(shè)置：沿輸水管道方向間隔30-35m設(shè)置監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面上均勻設(shè)置監(jiān)測點，監(jiān)測點的盾構(gòu)管片內(nèi)部埋設(shè)傳感器；傳感器的信號輸出端通過導(dǎo)線與信號采集系統(tǒng)的信號輸入端電連接，信號采集系統(tǒng)的信號輸出端與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)電連接或信號連接；

步驟二、實時監(jiān)測：傳感器將監(jiān)測斷面的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至信號采集系統(tǒng)，然后匯總至遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和分析整理。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，進(jìn)一步的，步驟二中所述傳感器的最小采集時間間隔為100-200s。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)在盾構(gòu)管片內(nèi)部埋設(shè)傳感器，傳感器的應(yīng)變傳感方向與輸水管道方向平行，綁扎在盾構(gòu)管片的環(huán)向主筋上，并同時綁接了導(dǎo)線盒，將與傳感器信號輸出端連接的導(dǎo)線事先盤繞在導(dǎo)線盒中，避免了導(dǎo)線在管片的混凝土澆筑過程中受到干擾，同時確保管片施工完成后，傳感器的線頭方便伸出接線，使得施工工序更加簡單易操作，大大降低了施工難度，縮短了施工周期；導(dǎo)線盒通過固定架安裝在管片內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易操作，穩(wěn)定效果好。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法使用埋設(shè)在盾構(gòu)管片內(nèi)部的傳感器，將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過信號采集系統(tǒng)傳輸至遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和整理，可得到盾構(gòu)施工中盾構(gòu)管片在沿輸水管道方向的縱向受力情況，每隔1-2h檢查數(shù)據(jù)采集情況，根據(jù)數(shù)據(jù)情況及時調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)的施工參數(shù)，便于在施工過程中對不安全因素加以修改、補充和完善。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一個監(jiān)測斷面上的傳感器排布示意圖；

圖3為傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為固定架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊圖。

附圖標(biāo)記：

1-傳感器；11-應(yīng)力計；12-導(dǎo)線盒；13-固定架；131-矩形框架；132-Y型連接件；2-信號采集系統(tǒng)；3-遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)；4-監(jiān)測斷面；5-盾構(gòu)管片。

具體實施方式

如圖1和圖6所示，本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置在盾構(gòu)管片5上的傳感器1、依次與傳感器1的信號輸出端電連接的信號采集系統(tǒng)2和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3；在沿輸水管道軸向方向垂直間隔設(shè)置監(jiān)測斷面4，監(jiān)測斷面4的間隔距離為30-35m，共設(shè)置5個監(jiān)測斷面4，如圖2所示，每個監(jiān)測斷面4中包含6片盾構(gòu)管片5，每個監(jiān)測斷面4上均勻設(shè)置監(jiān)測點，監(jiān)測點布置有傳感器1，管片的外徑為3500-4000mm；傳感器1設(shè)置在盾構(gòu)管片5內(nèi)部，如圖3所示，其應(yīng)變傳感方向與輸水管道方向平行，固定在盾構(gòu)管片5的環(huán)向主筋上，如圖4所示，傳感器1包括應(yīng)力計11、內(nèi)設(shè)導(dǎo)線的導(dǎo)線盒12和將導(dǎo)線盒12固定在環(huán)形主筋上的固定架13，應(yīng)力計11為振弦式表面應(yīng)力計，應(yīng)力計11的信號輸出端與導(dǎo)線電連接，導(dǎo)線盒12內(nèi)的導(dǎo)線的預(yù)留長度為150-200mm；導(dǎo)線另一端與信號采集系統(tǒng)2的信號輸入端電連接；應(yīng)力計11與導(dǎo)線盒12之間的露出導(dǎo)線綁扎固定在管片主筋上；如圖5所示，固定架13包括圍設(shè)在導(dǎo)線盒12四周的矩形框架131和垂直固定在矩形框架131中部的Y型連接件132，矩形框架131和Y型連接件132一體制成，Y型連接件132的兩平行端頭分別焊接固定在矩形框架131相對兩邊的中部，Y型連接件132的尾端焊接固定在管片的主筋上；信號采集系統(tǒng)2采用振弦式傳感器1采集箱，內(nèi)置防雷模塊、直流濾波器和多通道數(shù)據(jù)采集模塊；信號采集系統(tǒng)2的信號輸出端通過電纜或光纖與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3的信號輸入端電連接，電纜為RS-485電纜，信號采集系統(tǒng)2還可通過GPRS與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3信號連接。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)管片的縱向受力監(jiān)測系統(tǒng)的施工方法包括以下步驟：

步驟A、傳感器設(shè)置：根據(jù)設(shè)計監(jiān)測方案，通過精確的測量和定位，確定傳感器1的埋設(shè)部位，在應(yīng)力計11的信號輸出端連接導(dǎo)線，導(dǎo)線預(yù)留150-200mm，盤入導(dǎo)線盒12，與應(yīng)力計11一同綁扎固定在管片的環(huán)形主筋上，確保應(yīng)力計11的應(yīng)變傳感方向與輸水管道方向平行；

步驟B、混凝土澆筑：進(jìn)行混凝土澆筑，在傳感器1的1m范圍內(nèi)，切忌使用機(jī)械搗震，剔除砼中粒徑大于8cm以上的骨料，并用人工分層振搗密實；

步驟C、監(jiān)測斷面的盾構(gòu)管片設(shè)置：根據(jù)設(shè)計監(jiān)測方案，在預(yù)定的監(jiān)測斷面4，安裝設(shè)有傳感器1的盾構(gòu)管片5，然后將導(dǎo)線盒12中的導(dǎo)線取出，導(dǎo)線另一端與信號采集系統(tǒng)2連接；現(xiàn)場的各信號采集系統(tǒng)2通過電纜連接組成現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)；

步驟D、監(jiān)測系統(tǒng)的連接：將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3電連接或信號連接，實現(xiàn)傳感器1信號的實時輸送和在線監(jiān)測。

本發(fā)明小直徑輸水管道盾構(gòu)施工的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一、傳感器設(shè)置：沿輸水管道方向間隔30-35m設(shè)置監(jiān)測斷面4，每個監(jiān)測斷面4上均勻設(shè)置監(jiān)測點，監(jiān)測點的盾構(gòu)管片5內(nèi)部埋設(shè)傳感器1；傳感器1的信號輸出端通過導(dǎo)線與信號采集系統(tǒng)2的信號輸入端電連接，信號采集系統(tǒng)2的信號輸出端與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3電連接或信號連接；

步驟二、實時監(jiān)測：傳感器1將監(jiān)測斷面4的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至信號采集系統(tǒng)2，然后匯總至遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)3，進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和分析整理；單個傳感器1的最小采集時間間隔為100-200s。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。