盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置、系统的制作方法

1.本实用新型涉及盾构隧道监测领域，尤其涉及一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置、系统。


背景技术：

2.随着城市化建设的发展，隧道工程成为缓解城市交通的主要方式，随着地铁成为城市交通的主要方式，城市隧道数量越来越多，城市隧道主要采用盾构施工法进行开挖施工。大量工程经验表明，在盾构隧道施工过程中，盾构管片在脱离盾尾时容易发生上浮。盾构管片的上浮容易发生隧道渗水、盾构管片的破坏、环间螺栓的剪断，隧道轴线的改变。
3.导致隧道管片上浮的原因很多，如地下水压力过大、浆液的浮力过大、注浆的压力过大和施工扰动。因此对盾构隧道管片错位变形与地下水压力的监测显得尤为重要。
4.目前大多数关于管片上浮的监测都是使用全站仪进行测量，采用全站仪测量具有不准确性和不及时性，而且操作比较繁琐。因此缺少一种能够快速、准确判断盾构管片是否发生上浮的方法。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置、系统，以解决现有的盾构管片错位监测不精确且不及时的问题。
6.第一方面，提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置，包括可伸缩固定杆、倾角传感器、第一控制器、第一报警器；
7.所述倾角传感器水平固定于所述可伸缩固定杆上，所述倾角传感器、第一报警器均与所述第一控制器电连接；所述可伸缩固定杆用于水平固定在两个纵向相邻的盾构管片的纵向连接螺栓上；
8.所述倾角传感器用于采集所述可伸缩固定杆的倾斜角度值并传输至所述第一控制器；
9.所述第一控制器用于接收倾斜角度值，当倾斜角度值超过预设预警值时，所述第一控制器向所述第一报警器发出报警信号，所述第一报警器用于接收报警信号并进行报警。
10.实施时，可伸缩固定杆水平固定在两个纵向相邻的盾构管片的纵向连接螺栓上，可保证可伸缩固定杆与盾构管片的位移保持一致，当盾构管片发生上浮时，纵向相邻的两片盾构管片会发送错位变形，可伸缩固定杆会随之倾斜，通过倾角传感器可采集可伸缩固定杆的倾斜角度，倾斜角度反映了错位位移的大小，当倾斜角度超过预设预警值时，第一控制器控制第一报警器报警，以提醒作业人员及时处理。该装置可实时监测盾构管片的错位情况，而且监测精确，并能自动提醒作业人员处理。
11.进一步地，还包括水平固定于所述可伸缩固定杆上的位移传感器，所述可伸缩固定杆上标有刻度及对应所述刻度安装的滑动变阻器，所述滑动变阻器、所述第一控制器均
与所述位移传感器连接，所述位移传感器用于采集所述可伸缩固定杆的拉伸长度值并传输至所述第一控制器，所述第一控制还用于接收拉伸长度值，当拉伸长度值超过预设长度预警值时，所述第一控制器向所述第一报警器发出报警信号，所述第一报警器用于接收报警信号并进行报警。可伸缩固定杆随着盾构管片的拉伸而变化，同时与连接在位移传感器上的滑动变阻器阻值发生变化，位移传感器将阻值变化转化为拉伸长度值变化。
12.进一步地，还包括与所述第一控制器电连接的第一信号发射器，所述第一信号发射器用于将所述第一控制器接收的倾斜角度值、拉伸长度值及产生的报警信号发送至外部的信号接收器。通过第一信号发射器可及时将倾角传感器采集的倾斜角度值、位移传感器采集的拉伸长度值和报警信号发送到外部的信号接收器，以便外部的工作人员进行监控和数据保存。
13.第二方面，提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警系统，包括信号接收器以及多个如上所述的盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置；多个所述盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置中的第一信号发射器均与所述信号接收器通信连接。
14.多个盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置监测各自对应的监测点的工况，并将数据统一实时传输到外部的信号接收器，便于外部统一监控多个监测点的工况。
15.进一步地，还包括与所述信号接收器通信连接的多个地下水压力自动监测预警装置，多个所述地下水压力自动监测预警装置用于监测盾构管片外且位于拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值，并发送给所述信号接收器。地下水过大是诱发盾构管片错位的一大原因，通过设置多个地下水压力自动监测预警装置实时监测拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值，可预先获取是否存在盾构管片发生错位的风险，及时排除隐患。
16.进一步地，每个所述地下水压力自动监测预警装置均包括水压传感器、第二控制器、第二信号发射器、第二报警器；
17.所述水压传感器、第二信号发射器、第二报警器均与所述第二控制器电连接；
18.所述水压传感器用于采集盾构管片外的水压值并传输至第二控制器；
19.所述第二控制器用于接收水压值，当水压值超过预设水压值时，所述第二控制器向所述第二报警器发出报警信号，所述第二报警器用于接收报警信号并进行报警；
20.所述第二信号发射器还用于与所述信号接收器通信。
21.实施时，水压传感器安装于拱顶、拱底或两侧拱腰位置的盾构管片上的注浆孔处，实时采集盾构管片外表面水压，到水压超过预设水压值时，第二控制器控制第二报警器报警，以提醒作业人员及时处理。
22.进一步地，多个所述盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置纵向间隔安装在盾构隧道的拱腰处，间隔距离为1～4片盾构管片。
23.进一步地，多个所述地下水压力自动监测预警装置按四个一组分成多组，相邻两组之间的纵向间隔距离为2～5片盾构管片；每组的四个所述地下水压力自动监测预警装置用于监测盾构管片外且位于拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值。
24.有益效果
25.本实用新型提出了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置、系统，可伸缩固定杆水平固定在两个纵向相邻的盾构管片的纵向连接螺栓上，可保证可伸缩固定杆与盾构管片的位移保持一致，当盾构管片发生上浮时，纵向相邻的两片盾构管片会发送错位变
形，可伸缩固定杆会随之倾斜，通过倾角传感器可采集可伸缩固定杆的倾斜角度，倾斜角度反映了错位位移的大小，当倾斜角度超过预设预警值时，第一控制器控制第一报警器报警，以提醒作业人员及时处理。可实时监测盾构管片的错位情况，而且监测精确，并能自动提醒作业人员处理。相对于传统采用全站仪测量判断盾构管片是否上浮导致错位，工作难度大大减少，工作成本大大降低。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本实用新型实施例提供的一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置结构示意图；
28.图2是本实用新型实施例提供的一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警系统布置示意图；
29.图3是本实用新型实施例提供的地下水压力自动监测预警装置结构示意图；
30.图4是本实用新型实施例提供的地下水压力自动监测预警装置布置示意图；
31.图5是本实用新型实施例提供的盾构管片上地下水压力自动监测预警装置布置示意图；
32.图6是本实用新型提供的盾构管片上地下水压力自动监测预警系统实施流程图。
33.1、盾构管片；2、纵向连接螺栓；3、注浆孔；4、地下水压力自动监测预警装置；5、盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置；6、可伸缩固定干；7、旋转螺栓；8、倾角传感器；9、第一控制器；10、第一警报器；11、第一信号发射器；12、信号接收器；13、水压传感器；14、第二控制器；15、第二警报器；16、第二信号发射器；17、位移传感器；18、滑动变阻器。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
37.实施例1
38.如图1、图2所示，本实施例提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置5，包括可伸缩固定杆6、倾角传感器8、第一控制器9、第一报警器10；
39.所述倾角传感器8水平固定于所述可伸缩固定杆6上，所述倾角传感器8、第一报警器10均与所述第一控制器9电连接；所述可伸缩固定杆6用于水平固定在两个纵向相邻的盾构管片1的纵向连接螺栓2上；
40.所述倾角传感器8用于采集所述可伸缩固定杆6的倾斜角度值并传输至所述第一控制器9；
41.所述第一控制器9用于接收倾斜角度值，当倾斜角度值超过预设预警值时，所述第一控制器9向所述第一报警器10发出报警信号，所述第一报警器10用于接收报警信号并进行报警。
42.实施时，可伸缩固定杆6水平固定在两个纵向相邻的盾构管片1的纵向连接螺栓2上，可保证可伸缩固定杆6与盾构管片1的位移保持一致，更具体的，可伸缩固定杆6安装在两侧拱腰处，可伸缩固定杆6两端通过旋转螺栓7与盾构管片1上纵向连接螺栓2连接，确保可伸缩固定杆6可在盾构管片1平面转动。当盾构管片1发生上浮时，纵向相邻的两片盾构管片1会发送错位变形，可伸缩固定杆6会随之倾斜，通过倾角传感器8可采集可伸缩固定杆6的倾斜角度，倾斜角度反映了错位位移的大小，当倾斜角度超过预设预警值时，第一控制器9控制第一报警器10报警，以提醒作业人员及时处理。该装置可实时监测盾构管片1的错位情况，而且监测精确，并能自动提醒作业人员处理。
43.优选地，还包括水平固定于所述可伸缩固定杆6上的位移传感器17，所述可伸缩固定杆6上标有刻度及对应所述刻度安装的滑动变阻器18，所述滑动变阻器18、所述第一控制器9均与所述位移传感器17连接，所述位移传感器17用于采集所述可伸缩固定杆6的拉伸长度值并传输至所述第一控制器9，所述第一控制9还用于接收拉伸长度值，当拉伸长度值超过预设长度预警值时，所述第一控制器9向所述第一报警器10发出报警信号，所述第一报警器10用于接收报警信号并进行报警。可伸缩固定杆6随着盾构管片的拉伸而变化，同时连接在位移传感器17上的滑动变阻器18阻值发生变化；位移传感器17将阻值变化转化为拉伸长度值变化；可伸缩固定杆6上标有刻度用于现场施工人员进行伸长度值核对和检查。
44.优选地，还包括与所述第一控制器9电连接的第一信号发射器11，所述第一信号发射器11用于将所述第一控制器9接收的倾斜角度值、拉伸长度值及产生的报警信号发送至外部的信号接收器12。通过第一信号发射器11可及时将倾角传感器8采集的倾斜角度值、位移传感器17采集的拉伸长度值和报警信号发送到外部的信号接收器12，以便外部的工作人员进行监控和数据保存。
45.实施例2
46.如图1、图2所示，本实施例提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警系统，包括信号接收器12以及多个如上所述的盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置5；多个所述盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置5中的第一信号发射器11均与所述信号接收器12通信连接。
47.多个盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置5监测各自对应的监测点的工况，并将数据统一实时传输到外部的信号接收器12，便于外部统一监控多个监测点的工况。
48.优选地，还包括与所述信号接收器12通信连接的多个地下水压力自动监测预警装
置4，多个所述地下水压力自动监测预警装置4用于监测盾构管片1外且位于拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值，并发送给所述信号接收器12。地下水过大是诱发盾构管片错位的一大原因，通过设置多个地下水压力自动监测预警装置4实时监测拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值，可预先获取是否存在盾构管片1发生错位的风险，及时排除隐患。
49.具体地，如图3所示，每个所述地下水压力自动监测预警装置4均包括水压传感器13、第二控制器14、第二信号发射器16、第二报警器15；
50.所述水压传感器13、第二信号发射器16、第二报警器15均与所述第二控制器14电连接；
51.所述水压传感器13用于采集盾构管片1外的水压值并传输至第二控制器14；
52.所述第二控制器14用于接收水压值，当水压值超过预设水压值时，所述第二控制器14向所述第二报警器15发出报警信号，所述第二报警器15用于接收报警信号并进行报警；
53.所述第二信号发射器16还用于与所述信号接收器12通信。
54.实施时，如图4、图5所示，水压传感器13安装于拱顶、拱底或两侧拱腰位置的盾构管片1上的注浆孔3处，实时采集盾构管片1外表面水压，到水压超过预设水压值时，第二控制器14控制第二报警器15报警，以提醒作业人员及时处理。
55.具体实施时，多个所述盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置5纵向间隔安装在盾构隧道的拱腰处，间隔距离为1～4片盾构管片1，如图2所示，本实施例中间隔距离为2片盾构管片1。如图4、图5所示，多个所述地下水压力自动监测预警装置4按四个一组分成多组，相邻两组之间的纵向间隔距离为2～5片盾构管片1，本实施例中，优选间隔3片盾构管片1；每组的四个所述地下水压力自动监测预警装置4用于监测盾构管片1外且位于拱顶、拱底及两侧拱腰处的水压值。第一控制器9、第二控制器14可选用plc可编程控制器，信号接收器12可选用pc机。
56.采用上述的盾构隧道管片错位变形自动监测预警系统进行自动监测预警过程如图6所示，当第一报警器和第二报警器都发出警报时，确定盾构隧道管片错位变形是由水压变大引起，进行排水处理；当只有第二报警器发出警报时，监测水压值的变化速率，当水压值的变化速率大于预设值时，进行排水处理，防止盾构隧道管片错位变形的发生；当只有第一报警器发出警报时，确定盾构隧道管片错位变形不是由水压引起，应该考虑其他影响因素，采用其他方法处理盾构隧道管片错位变形。
57.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
58.本实用新型提供了一种盾构隧道管片错位变形自动监测预警装置、系统，可伸缩固定杆水平固定在两个纵向相邻的盾构管片的纵向连接螺栓上，可保证可伸缩固定杆与盾构管片的位移保持一致，及当盾构管片发生上浮时，纵向相邻的两片盾构管片会发送错位变形，可伸缩固定杆会随之倾斜，通过倾角传感器可采集可伸缩固定杆的倾斜角度，倾斜角度反映了错位位移的大小，当倾斜角度超过预设预警值时，第一控制器控制第一报警器报警，以提醒作业人员及时处理。可实时监测盾构管片的错位情况，而且监测精确，并能自动提醒作业人员处理。相对于传统采用全站仪测量判断盾构管片是否上浮导致错位，工作难度大大减少，工作成本大大降低。
59.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。