隧道二次衬砌浇筑监测系统和监测方法与流程

本发明属于涉及隧道与地下工程领域，具体涉及一种隧道二次衬砌浇筑监测系统和监测方法。

背景技术：

在隧道二次衬砌混凝土浇筑过程中，经常出现以下三个方面的问题，影响二次衬砌的质量。

一是二次衬砌背后存在脱空或不密实。为了有效约束隧道初期支护和围岩的变形，保证二次衬砌的厚度，二次衬砌应与初期支护密贴。但在实际施工中，由于混凝土重力下沉、混凝土自然收缩、泵送压力不足、防水板铺挂过紧、初期支护起伏过大等原因，经常发生二次衬砌背后存在脱空或不密实的现象。

二是二次衬砌两侧浇筑进度差异过大。为了避免二次衬砌模板台车发生变形或移位而影响混凝土质量，衬砌混凝土应两侧交替浇筑、进度差异不能过大。但是两侧交替浇筑过程繁琐、工效较低，在实际施工中如果不加以严格管控，往往出现两侧浇筑进度差异较大的现象，导致衬砌台车发生变形或移位，严重时会造成没有达到拆模强度的混凝土发生变形甚至开裂、坍塌。

三是二次衬砌混凝土浇筑中断时间过长。为了保证衬砌混凝土的完整性和均匀性，衬砌混凝土应尽可能连续浇筑，中断时间不应超过混凝土的初凝时间。但在实际施工中，常常由于混凝土拌和、运输和泵送中的问题，导致混凝土浇筑中断。一旦中断时间过长，先浇混凝土就可能发生凝固、离析、分层，对衬砌整体性造成不利影响，并容易引起渗漏等问题。

为了避免上述问题，很有必要对隧道二次衬砌浇筑过程进行严密监控。然而由于隧道二次衬砌浇筑方法和工艺的限制，混凝土的浇筑进度和密实度不能直接观察，目前还缺乏方便、快捷、经济、全面的监控手段。目前采用的监控手段有通过在拱顶埋设两个电极、利用混凝土连通电极的方法来监测拱顶混凝土密实度的方法，其不足之处在于只要两个电极位置与混凝土接触，电路就会连通，因而不能反映两个电极之间的混凝土是否密实。如果在二次衬砌背后埋设压力传感器监测，势必要布设大量的传感器，衬砌浇筑后，这些传感器大多不能够回收，这在经济上又难以接受。其他电磁波、超声或光学等方法也由于模板台车钢模板的限制而难以实现。在这样的背景下，如何提供一种经济、全面和准确监测隧道二次衬砌浇筑进度和密实度的方法，是保证隧道二次衬砌质量亟需解决的一个重要问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：针对现有的隧道内二次衬砌浇筑存在的监测难题，提供一种隧道二次衬砌浇筑监测系统和监测方法，经济、全面和准确监测隧道二次衬砌浇筑进度和密实度。

本发明采用如下技术方案实现：

隧道二次衬砌浇筑监测系统，包括布置在隧道初期支护表面的若干充满液体的排水管5，所述排水管5设置初期支护表面和防水层4之间；

所述排水管5一端封闭，另一端连通毛细引流管6，所述排水管5通过毛细引流管6引流至衬砌浇筑区以外，所述毛细引流管6与液体重量或体积监测装置连接。

进一步的，所述毛细引流管6上设有毛细被动阀7。

作为本发明的一种优选方案，所述排水管5在隧道初期支护的表面呈环向分布，在隧道初期支护纵向不同位置的表面设置若干组排水管，并且在隧道初期支护拱顶表面沿纵向分布一组排水管。

进一步的，环向分布的所述排水管以隧道中轴面对称设置成两段，所述排水管连接的毛细引流管统一由隧道初期支护拱顶表面引出。

作为本发明的另一种优选方案，所述排水管5在隧道初期支护表面沿纵向分布若干组排水管。

进一步的，相邻所述排水管之间等间距布置，所述排水管连接的毛细引流管从所有排水管的同一端统一引出。

在本发明中，所述排水管完全凸出于隧道初期支护的表面设置，并通过卡扣固定在隧道初期支护表面上。

本发明还公开了一种隧道二次衬砌浇筑监测方法，其采用上述的隧道二次衬砌浇筑监测系统，具体包括如下步骤：

第一步，将充满液体的排水管按照环向分布、纵向分布或者两者组合的方式固定在隧道初期支护的表面，并记下排水管内部填充液体的额定重量或体积；

第二步，将排水管的毛细引流管连接至衬砌浇筑区外部，与液体重量或体积监测装置连接；

第三步，进行二衬混凝土浇筑，浇筑后的二衬混凝土将排水管内的液体挤压至液体重量或体积监测装置，通过测定每组排水管内排出液体的实际重量或体积，与对应排水管的额定液体重量或体积进行对比；如果两者数据相同，则该排水管对应的二衬浇筑区域衬砌质量合格，如果排出的液体实际重量或体积小于额定重量或体积，则该组排水管对应的衬砌区域存在浇筑不密实的问题。

进一步的，在第三步的二衬混凝土浇筑过程中，还可根据排水管内排出的液体重量或体积逐步变化推测衬砌浇筑的高度。

本发明在隧道初期支护与防水层之间埋入注满液体(优选水)的排水管，通过监测排水管被二衬浇筑的混凝土挤压排出水的重量或体积，推算混凝土的浇筑高度和密实程度。排水管通过毛细引流管、毛细被动阀与液体重量或体积监测装置连通，可以随时掌握排水管的排水量，从而随时掌握混凝土的浇筑进度和密实度。在隧道初期支护与防水层之间环向布置排水管，可实时监测和记录二次衬砌混凝土的浇筑高度，分析评价两侧是否对称、连续浇筑。在隧道拱顶初期支护与防水层之间纵向布置排水管，可实时监测整个二衬拱顶混凝土浇筑是否饱满、密实。

本发明的具有如下有益效果：

1)隧道二次衬砌浇筑过程通过挤压排水监测方法，可以连续、全面、实时监测二次衬砌混凝土的浇筑进度和饱满度，在过程中消除施工缺陷。

2)隧道二次衬砌浇筑过程的挤压排水监测系统，不需要消耗压力传感器等高精度、昂贵的传感器，只需埋入排水管，耗材成本低。

由上所述，本发明的隧道二次衬砌浇筑监测系统和监测方法是一种经济、全面和准确监测隧道二次衬砌浇筑进度和密实度的技术方案，可在实际施工过程中广泛推广应用。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例一在隧道二次衬砌浇筑过程中通过挤压排水监测的原理图。

图2为实施例一中的排水管连接示意图。

图3为实施例一中二衬混凝土浇筑前排水管所处状态示意图。

图4为实施例一中二衬混凝土浇筑后存在脱空时排水管所处状态示意图。

图5为实施例一中的排水管采用环向和拱顶纵向组合布置的示意图。

图6为实施例一监测二衬混凝土浇筑高度的示意图。

图7为实施例二中的排水管全部采用纵向布置的示意图。

图中标号:1-已浇注二衬混凝土，2-待浇筑二衬混凝土，3-初期支护，4-防水层，5-排水管，6-毛细引流管，7-毛细被动阀，8-重量监测装置，9-残留水腔，10-衬砌混凝土顶面。

具体实施方式

实施例一

参见图1至图5，图示中的隧道二次衬砌浇筑监测系统为本发明的优选方案，具体包括若干组排水管5以及排水管连接的毛细引流管6、毛细被动阀7和重量监测装置8。

如图1所示，在隧道二次衬砌浇筑前，在隧道的初期支护3与防水层4之间埋设注满液体的排水管5，实际施工过程中可直接在排水管内注水，在防水层4外侧，已浇筑二衬混凝土1将对排水管5进行挤压，使排水管内部的水被挤出；而还待浇筑二衬混凝土2区域的排水管5不会被压扁。

为了保证排水管5的内部的水能够完全排出，排水管5应当完全凸出于隧道初期支护3的表面设置，并通过卡扣等固定件将排水管固定在隧道初期支护的表面上。

参见图2，排水管5必须采用具备一定的挤压强度的管道，能够被浇筑的二衬混凝土压扁，同时应当保证排水管不会因管道内注水后发生管径变化，避免测量数据失真。排水管5的一端封闭，另一端通过毛细引流管6和毛细被动阀7与衬砌浇筑区以外的液体重量监测装置8相连，构成排水量监测系统。由于毛细引流管6管径很小(通常毛细管的管径小于1mm)，加上毛细被动阀7的控制，排水管5在没有受到挤压的情况下，其内部的水不会自动排出，只有在排水管5受到浇筑的二衬混凝土挤压时，挤压产生的压力会迫使水冲开毛细被动阀7，开始排水。在二衬的侧壁浇筑过程中，通过监测排水管5的出水重量变化，就可以掌握浇筑二衬混凝土1的高度，即二次衬砌的进度，分析隧道两侧混凝土是否对称浇筑。在实际应用中，还可通过体积监测装置监测排出水的体积。关于液体的重量或体积监测装置以及毛细引流管和毛细被动阀，均为市面上常用的液体测量设备和液体流量控制部件，本领域技术人员可根据需要进行选择购买，本实施例在此不对其结构进行赘述。

参见图3和图4，在浇筑过程中，当隧道二衬混凝土浇筑到拱顶部位时，沿隧道纵向水平布设排水管5。如果最终拱顶的排水管5的水完全排出，说明在拱顶位置，隧道初期支护3和二次衬砌完全密贴，不存在空洞。如果最终拱顶的排水管5的水没有完全排出，即排水管内还有残留水腔9，则说明在拱顶位置，隧道初期支护3和二次衬砌不能完全密贴，存在空洞。因此可以监测隧道拱顶是否浇筑密实。

以下结合图5和图6详细说明本实施例的监测方法。

首先，将若干组排水管5按照图5中所示的环向和拱顶纵向组合布置的方式进行布置，具体的，排水管5在隧道初期支护的表面呈环向分布，在隧道初期支护纵向不同位置的表面设置四组排水管，并且在隧道初期支护拱顶表面沿纵向分布一组排水管。为了便于环向分布的排水管的施工和引流，每组环向分布的排水管以隧道中轴面对称设置成两根，总共八根环向分布的排水管，环向分布的排水管底部封闭，然后将所有环向分布的排水管以及拱顶纵向分布的排水管连接的毛细引流管6统一由隧道初期支护拱顶的表面引出与重量监测装置8连接。

参见图6，在进行二衬混凝土浇筑后，通过测定每组排水管内排出液体的实际重量或体积，与对应排水管的额定液体重量或体积进行对比；如果两者数据相同，则该排水管对应的二衬浇筑区域衬砌质量合格，如果排出的液体实际重量或体积小于额定重量或体积，则该组排水管对应的衬砌区域存在浇筑不密实的问题。另外，通过重量监测装置8可以实时掌握八根环向的排水管5所对应的衬砌混凝土顶面10所处高度，由此可以实时掌握隧道二次衬砌浇筑的进度、两侧高度差等信息。二次衬砌浇筑到隧道拱顶时，则可以通过拱顶的排水管5监测拱顶是否浇筑密实。

实施例二

参见图7，与实施例一不同的是，本实施例中的排水管5全部采用纵向布设排水管5的监测方案，除了环向拱顶纵向布设排水管5，也可以在整个隧道拱圈水平纵向布设排水管5，排水管5在隧道初期支护表面沿纵向分布，相邻排水管之间等间距布置，排水管5连接的毛细引流管从所有排水管的同一端统一引出，这样可以根据不同高度的排水管5开始排水来判断二衬混凝土的浇筑高度，同时通过不同高度的排水管5是否全部排水来判断该高度的混凝土是否完全浇筑密实。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。