基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统的制作方法

本实用新型属于隧道与地下工程技术领域，特别是涉及一种基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统。

背景技术：

近年来，随着我国经济的快速发展和城市建设的大力推进，我国城市交通流量大幅上升，交通堵塞、城市环境日益恶化成为各大城市普遍存在和亟待解决的重要问题，城市地铁作为一种安全、快捷、高效、环保的交通形式，迅速成为许多大城市解决交通问题的首要选择。随着我国城市地铁的大力发展，盾构法作为安全、环保、快速的建设手段，在地铁隧道修建中得到了广泛应用。

然而盾构法在施工中，会造成开挖面土体受到扰动而使土体移动，导致盾构前方地表沉降或隆起，破坏土体结构。无论是沉降或是隆起都会对隧道施工的安全产生不利影响。盾构施工产生的即时位移是当时就可以测量和控制的，而施工以后的长期地层变形是一项复杂、难以控制的系统工程。

随着光纤通信技术的迅速发展，光纤传感监测的应用也愈加广泛。目前，光纤传感器的研究在充分提高和利用现有光纤传感技术的基础上，正在向着多功能化、小型化、集成化、智能化、网络化、系统化的方向发展。由于光纤的频带宽，可用于遥测遥控，是一种良好的敏感元件；同时由于光纤本身为非金属、抗电磁干扰、直径较金属导线细、重量轻、容量特大、弯曲半径小、耐辐照，尤其可用在有危害的环境下使用；具有非侵入性、高敏感度。采用分布式传感光纤技术，能够实心对管片拱顶位移的全面监测。

技术实现要素：

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统，主要为了开发一种能够有效的解决盾构隧道安全监测问题，尤其是对隧道拱顶位移进行实时监测问题，

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型一种基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统，包括若干个盾构管片连接而成的盾构隧道、控制中心和预警装置；盾构管片内侧径向、盾构管片径向的侧壁弧形方向和相邻的盾构管片之间设置骨架，骨架为横向钢筋和纵向钢筋相互垂直组成的网状结构，起支撑作用，其结构形状与盾构管片形状相同，呈弧形；盾构管片内侧径向的骨架上呈S型布设管片位移传感光缆A，盾构管片侧壁的弧形方向的骨架上呈S型布设管片位移传感光缆B；管片位移传感光缆C设置在相邻的盾构管片之间的位置并且沿侧壁的弧形方向的骨架上呈S型布设；盾构管片底部设置光缆出口作为管片位移传感光缆A的预留通道；沿盾构隧道轴向延伸布设管拱顶位移传感光缆在盾构隧道拱顶的顶板上和在盾构管片接缝处设置管片位移传感光缆D；

管片位移传感光缆A、管片位移传感光缆B、管片位移传感光缆C、管片位移传感光缆D和拱顶位移光缆的另一端均直接与控制中心相连接；控制中心将由管片位移传感光缆A、管片位移传感光缆B、拱顶位移传感光缆、管片位移传感光缆C和管片位移传感光缆D传递的盾构隧道位移变化数据给控制中心进行分析处理，并根据设置的经验数据进行比对，判断是否存在危险，而后通过通信光缆传递给预警装置进行预警。

进一步地，盾构隧道的外侧包括盾构隧道下部半圆形的弧形的底板、位于盾构隧道拱顶的顶板和在盾构隧道两侧的呈对称的两个侧板，三者之间通过螺栓连接契合成完整的圆形。

进一步地，所述管片位移变化数据包含：与所述拱顶位移传感光缆感应到的所述拱顶位移变化情况数据，与所述管片位移传感光缆D感应到的所述接缝处位移变化情况数据，与所述管片位移传感光缆C感应到的顶板位移变化数据，管片位移传感光缆A感受到的所述侧板内侧位移监测、管片位移传感光缆B感应到的所述隧道侧板位移变化情况数据。

当盾构隧道到某处发生局部变形时，管片拱顶与接缝处位移传感光缆可以监测出局部变形的大致位置，位于远离盾构隧道直径的顶板内布设在骨架上的顶板位移光缆段、与所述位于底板与顶板间的两个侧板内骨架上的两个侧板位移光缆段可以确定发生局部破坏的具体位置，即具体哪一块盾构管片所对应的盾构隧道区域发生破坏。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的效果和优点是效率高、操作简单、较现有的盾构隧道安全监测技术对拱顶变形针对性更强、监测时不受隧道内部施工的影响、可长期自动化监测、数据准确完整、精度高、减少人力、监测方式安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统结构示意图;

图2为盾构隧道每一环对应的4块管片的结构示意图；

图3为盾构隧道位移传感光缆布设示意图。

图中，1为盾构管片；2为骨架；3为管片位移传感光缆A；4为管片位移传感光缆B；5为光缆出口；6为控制中心；7为通信光缆；8为预警装置；9为底板；10为顶板；11为侧板；12为拱顶位移传感光缆；13为管片位移传感光缆D；14为管片位移传感光缆C。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述：

实施例：如图1-3所示，本实用新型一种基于盾构管片的隧道拱顶变形自动化监测系统，包括若干个盾构管片1连接而成的盾构隧道、控制中心6和预警装置8；盾构管片1内侧径向、盾构管片1径向的侧壁弧形方向和相邻的盾构管片1之间设置骨架2，骨架2为横向钢筋和纵向钢筋相互垂直组成的网状结构，起支撑作用，其结构形状与盾构管片1形状相同，呈弧形；盾构管片1内侧径向的骨架2上呈S型布设管片位移传感光缆A3，盾构管片1侧壁的弧形方向的骨架2上呈S型布设管片位移传感光缆B4，布设管片位移传感光缆A3和管片位移传感光缆B4时，应将其拉直，给予一定预应力，然后用扎带固定于骨架2上；管片位移传感光缆C14设置在相邻的盾构管片1之间的位置并且沿侧壁的弧形方向的骨架2上呈S型布设；盾构管片1底部设置光缆出口5作为管片位移传感光缆A3的预留通道，在不进行检测时可采用柔性密封件对其进行堵塞封闭；沿盾构隧道轴向延伸布设拱顶位移传感光缆12在盾构隧道拱顶的顶板10上和在盾构管片1接缝处设置管片位移传感光缆D13；

管片位移传感光缆A3、管片位移传感光缆B4、管片位移传感光缆C14、管片位移传感光缆D13和拱顶位移传感光缆12的另一端均直接与控制中心6相连接；控制中心6将由管片位移传感光缆A3、管片位移传感光缆B4、拱顶位移传感光缆12、管片位移传感光缆C14和管片位移传感光缆D13传递的盾构隧道位移变化数据给控制中心6进行分析处理，并根据设置的经验数据进行比对，判断是否存在危险，而后通过通信光缆7传递给预警装置8进行预警，这里危险主要指位移过大可能发生塌陷的情况下，所以需要对其进行预警。

盾构隧道的外侧包括盾构隧道下部半圆形的弧形的底板9、位于盾构隧道拱顶的顶板10和在盾构隧道两侧的呈对称的两个侧板11，三者之间通过螺栓连接契合成完整的圆形。

所述管片位移变化数据包含：与所述拱顶位移传感光缆12感应到的所述拱顶位移变化情况数据，与所述管片位移传感光缆D13感应到的所述接缝处位移变化情况数据，与所述管片位移传感光缆C14感应到的顶板位移变化数据，管片位移传感光缆A3感受到的所述侧板内侧位移监测、管片位移传感光缆B4感应到的所述隧道侧板位移变化情况数据。

当盾构隧道到某处发生局部变形时，管片拱顶与接缝处位移传感光缆6可以监测出局部变形的大致位置，图2中的位于远离盾构隧道直径的顶板10内布设在骨架2上的管片位移传感光缆C14、与所述位于底板9与顶板10间的两个侧板11内骨架2上的两个侧板管片位移传感光缆B4可以确定发生局部破坏的具体位置，即具体哪一块盾构管片1所对应的盾构隧道区域发生破坏。

另外，为了减少处理工作量，在本实施例中，控制中心6先基于隧道位移信息得到隧道位移变化情况数据，在判断处隧道位移变化情况超出位移变化设定值的情况下，进一步根据隧道位移变化情况数据所对应的隧道位置信息确定位于该位置处的多个盾构管片1，然后基于相应的管片位移信息得到这些盾构管片1位移变化情况数据，接着控制中心6再对盾构管片1进行逐个判断，最终确定破损区域对应的盾构管片1及其明确位置。

通过这样的设置，管片位移传感光缆可以监测在盾构隧道施工和运行过程中盾构管片自身拱顶变形。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。