一种高速铁路隧道加固段受力监测装置和评估方法与流程

本发明涉及高速铁路隧道技术领域，尤其涉及一种高速铁路隧道加固段受力监测装置和评估方法。

背景技术：

受施工质量、山体滑坡和列车长期反复作用，高速铁路隧道内部将产生裂缝、渗水，严重时甚至产生混凝土剥离、脱落，形成掉块，严重危及高速铁路运营安全。对于这种情况，隧道应急抢险时常采用在原有隧道衬砌表面重新支模、搭建钢拱架，并用混凝土浇筑形成新的衬砌。而为了及时掌握隧道抢修加固段隧道结构受力状态，应选取合适断面、应用适合的应力受力传感器布置方案和受力状态评价方法对加固后的隧道进行监测评估，为保证运营安全提供技术数据。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置和评估方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高速铁路隧道加固段受力监测装置，包括新隧道衬砌，所述新隧道衬砌与原隧道衬砌相贴合，所述原隧道衬砌包括原初期支护和原二次衬砌，所述新隧道衬砌包括钢拱架和衬砌层，所述新隧道衬砌上设置有九组均匀分布的应力监测传感器，每组应力监测传感器包括两个断面混凝土应变计和一个断面混钢筋应力计，应力监测传感器分布在新隧道衬砌的拱顶、左拱腰，左拱脚，左墙腰，左墙脚，右拱腰，右拱脚，右墙腰，右墙脚。

优选的，所述钢拱架由h型钢焊接后弯曲而成。

优选的，所述钢拱架间的间距为.米-.米，钢拱架之间沿隧道环向布设环向钢筋，环向钢筋的间距为.米-.米，并采用纵连钢筋将环向钢筋、钢拱架连接。

优选的，每组应力监测传感器中，其中一个混凝土应变计固定安装在h型钢的内表面上，另一个混凝土应变计固定安装在h型钢的外表面上，断面混钢筋应力计固定安装在h型钢的内部。

优选的，所述混凝土应变计和断面混钢筋应力计均通过延长钢筋与h型钢相连接。

优选的，一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的评估方法，将监测点混凝土应力状态分为正常、i级、ii级，将监测点钢架应力状态分为正常和i级和ii级，将结构强度安全预警分为i级、ii级和ⅲ级。

优选的，在监测点混凝土应力状态中：当监测点混凝土应力＜29.5mpa为正常，当监测点混凝土应力29.5mpa-36.9mpa为i级，当监测点混凝土应力≥36.9mpa为ii级；在监测点钢架应力状态中：当监测点钢架应力＜130mpa为正常，当监测点钢架应力130mpa-235mpa为i级，当监测点钢架应力≥235mpa为ii级；在监测点混凝土应力状态中：

优选的，在结构强度安全预警中：

混凝土应力状态中2个截面达到ⅰ级时，结构强度安全预警为i级；混凝土应力状态中3个截面达到ⅰ级，结构强度安全预警为ⅱ级；混凝土应力状态3个以上截面达到ⅰ级或1个以上截面达到ⅱ级，结构强度安全预警为ⅲ级，

钢架应力状态中2个截面达到ⅰ级时，结构强度安全预警为i级；钢架应力状态中3个截面达到ⅰ级，结构强度安全预警为ⅱ级；钢架应力状态3个以上截面达到ⅰ级或1个以上截面达到ⅱ级，结构强度安全预警为ⅲ级。

本发明的有益效果是：本发明解决了高速铁路隧道加固衬砌受力状态监测的传感器种类、传感器布置方案问题，提出了高速铁路隧道加固段状态评估方法。该发明对隧道加固段的应力监测，评估隧道受力状态，保障高速铁路隧道运营安全具有重要作用。

附图说明

图1为本发明提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的主视结构示意图；

图2为本发明提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置图2中a处的放大结构示意图；

图3为本发明提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的h型钢局部主视结构示意图；

图4为本发明提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的h型钢局部俯视结构示意图；

图5为本发明提出的一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的h型钢局部侧视结构示意图。

图中：1原初期支护、2原二次衬砌、3新隧道衬砌、4断面混凝土应变计、5断面混钢筋应力计、6h型钢、7延长钢筋。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种高速铁路隧道加固段受力监测装置，包括新隧道衬砌3，所述新隧道衬砌3与原隧道衬砌相贴合，所述原隧道衬砌包括原初期支护1和原二次衬砌2，所述新隧道衬砌3包括钢拱架和衬砌层，所述新隧道衬砌3上设置有九组均匀分布的应力监测传感器，每组应力监测传感器包括两个断面混凝土应变计4和一个断面混钢筋应力计5，应力监测传感器分布在新隧道衬砌3的拱顶、左拱腰，左拱脚，左墙腰，左墙脚，右拱腰，右拱脚，右墙腰，右墙脚，拱顶位于隧道中心，其余测点间的间距为27°33’。

进一步的，钢拱架由h型钢6焊接后弯曲而成，隧道衬砌加固时，首先在原有隧道衬砌表面构建钢拱架，钢拱架采用q235h型钢，将多块h型钢采用焊接后弯曲成与隧道表面弧度一致的钢拱架结构。

进一步的，钢拱架间的间距为0.8米-1.2米，钢拱架之间沿隧道环向布设环向钢筋，环向钢筋的间距为0.2米-0.3米，并采用纵连钢筋将环向钢筋、钢拱架连接，最后，按照预加固的衬砌厚度，在钢拱架表面支模，并浇筑c40混凝土形成新的隧道衬砌表面。

材料强度标准：

①c40混凝土材料应力：抗压强度29.5mpa，弯曲抗压强度36.9mpa，抗拉强度2.7mpa；

②q235h型钢的容许应力130mpa，屈服强度为235mpa。

进一步的，每组应力监测传感器中，其中一个混凝土应变计4固定安装在h型钢6的内表面上，另一个混凝土应变计4固定安装在h型钢6的外表面上，断面混钢筋应力计5固定安装在h型钢6的内部。

传感器的选择：

隧道衬砌受力监测主要监测的物理量为混凝土受力情况和钢筋受力情况。根据胡克定律，应力σ与应变ε间的关系为：

σ=e×ε

其中，e为被测物的弹性系数。

所以在测量隧道受力监测时，采用了应变计和钢筋计。综合考虑采样频率（约为10分钟采样1次）、有效工作时间（设计有效工作时间为10年），传感器采用振弦式传感器。

进一步的，混凝土应变计4和断面混钢筋应力计5均通过延长钢筋7与h型钢6相连接。

进一步的，一种高速铁路隧道加固段受力监测装置的评估方法，将监测点混凝土应力状态分为正常、i级、ii级，将监测点钢架应力状态分为正常和i级和ii级，将结构强度安全预警分为i级、ii级和ⅲ级。

进一步的，在监测点混凝土应力状态中：当监测点混凝土应力＜29.5mpa为正常，当监测点混凝土应力29.5mpa-36.9mpa为i级，当监测点混凝土应力≥36.9mpa为ii级；在监测点钢架应力状态中：当监测点钢架应力＜130mpa为正常，当监测点钢架应力130mpa-235mpa为i级，当监测点钢架应力≥235mpa为ii级；在监测点混凝土应力状态中：

进一步的，在结构强度安全预警中：

混凝土应力状态中2个截面达到ⅰ级时，结构强度安全预警为i级；混凝土应力状态中3个截面达到ⅰ级，结构强度安全预警为ⅱ级；混凝土应力状态3个以上截面达到ⅰ级或1个以上截面达到ⅱ级，结构强度安全预警为ⅲ级，

钢架应力状态中2个截面达到ⅰ级时，结构强度安全预警为i级；钢架应力状态中3个截面达到ⅰ级，结构强度安全预警为ⅱ级；钢架应力状态3个以上截面达到ⅰ级或1个以上截面达到ⅱ级，结构强度安全预警为ⅲ级。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。