一种针对岛壁大直径薄壁钢圆筒的监测方法与流程

[0001]
本发明涉及监测方法技术领域，具体涉及一种针对岛壁大直径薄壁钢圆筒的监测方法。


背景技术：

[0002]
大直径薄壁钢圆筒，高度35～40m，直径25m～35m，筒壁厚度约20mm，作为海中快速成岛技术的岛壁结构，成功应用于港珠澳大桥人工岛和深中通道人工岛。大直径薄壁钢圆筒位于岛壁位置，其外侧临海，内侧为岛体施工面，两侧通过副格弧形板与其他钢圆筒相连，筒身受力工况差异较大；为了保证成岛过程中岛壁结构的安全稳定性，需要对薄壁钢圆筒结构进行监测。目前，对于钢圆筒的变形监测领域仍属空白。


技术实现要素：

[0003]
为了全面掌握大直径薄壁钢圆筒的受力变形状态，保证岛壁结构的安全稳定，本发明提供一种针对岛壁大直径薄壁钢圆筒的监测方法，以全面获取钢圆筒各部分的受力变形信息。
[0004]
本发明是通过以下技术方案实现的：
[0005]
一种针对岛壁大直径薄壁钢圆筒的监测方法，包括以下内容：
[0006]
根据人工岛岛壁地质勘查情况，针对地层起伏段和岛壁曲率突变处的钢圆筒，在钢圆筒临海侧以及临岛侧均布置有筒身变形多段式自动监测系统、筒壁应力监测系统、土压力和水压力监测系统；针对地层含透镜体段的岛壁曲率变化处的钢圆筒，在钢圆筒临岛侧布置筒身变形手动监测系统和筒壁应力监测系统；针对地层均匀段的岛壁曲率不变处的钢圆筒，在钢圆筒临岛侧布置筒身变形手动监测系统；
[0007]
所述筒身变形多段式自动监测系统，采用倾角仪传感器，在钢圆筒内壁上沿钢圆筒筒身轴向间隔布置传感器固定构件，传感器固定构件中安装倾角仪传感器；倾角仪传感器安装完成后，将倾角仪传感器的线缆竖直向上引至筒顶，置于仪器箱中，待现场振沉安放到位后连接自动采集传输设备，实现数据的自动采集；所述倾角仪传感器及其缆线采用保护构件进行保护，保护构件采用槽钢，槽钢的底部以斜脚封闭，槽钢两侧焊接有角钢，通过角钢焊接在钢圆筒筒壁上，保护构件沿传感器固定构件的轴向安装轨迹设置，将所有传感器固定构件以及从传感器固定构件中引出的倾角仪传感器线缆封闭在其内；
[0008]
所述筒身变形手动监测系统，采用测斜管，沿着轴向标记线在筒壁的横肋上开孔，使筒壁内的横肋上下联通用于安装所述测斜管；所述测斜管贯穿安装在横肋上的开孔中，测斜管由多节测斜管单管通过管箍拼接，测斜管底端至钢圆筒底部的下加强板上边沿，测斜管顶端至钢圆筒顶部的上加强板下边沿，在测斜管底端安装管靴，管靴焊接在钢圆筒筒壁上，自管靴顶部沿测斜管向上间隔在钢圆筒内壁上交替焊接保护管与螺柱，所述保护管套装在测斜管的管箍连接处，在螺柱上安装卡扣并通过螺母使卡扣扣住测斜管，卡扣与测斜管接触处垫有橡胶垫；
[0009]
所述筒壁应力监测系统，采用静态应变计，在钢圆筒下沉面以上的筒壁上布置一个环向应变计和一个竖向应变计，下沉面以下的筒壁上布置一个环向应变计和三个竖向应变计，三个竖向应变计等间距布置，环向应变计布置于横肋上方竖向应变计一侧位置；所述应变计安装在应变计基座上，并安装保护盒进行保护，保护盒内填充泡沫胶；应变计安装完成后，将应变计的线缆理顺并向上引至筒顶，置于仪器箱中，待现场振沉安放到位后连接自动采集传输设备，实现数据的自动采集；应变计线缆同样采用槽钢作为保护构件进行保护，槽钢两侧焊接有角钢，通过角钢焊接在钢圆筒筒壁上，相应的，在钢圆筒内壁上的横肋上开设有对应的通孔，使应变计线缆能够贯穿横肋向上引出；
[0010]
所述土压力和水压力监测系统，采用土压力盒与渗压计，土压力盒与渗压计安装于钢圆筒下沉面以下的外壁区域上，土压力盒和渗压计的线缆通过槽钢进行保护，沿槽钢竖直向上引至筒顶，置于仪器箱中，用于监测钢圆筒在岛侧各施工工况下收到的土压力，超静水压力的作用，控制施工。
[0011]
在上述技术方案中，所述传感器固定构件由钢管和焊接在钢管两侧的两片角钢构成，钢管底端由铁片封闭并在铁片中心开设通孔，钢管内径比倾角仪传感器外径大5mm，铁片中心的通孔的直径比倾角仪传感器底部固定螺母直径大，安装时将角钢边缘焊接在钢圆筒筒壁上。
[0012]
在上述技术方案中，由于钢圆筒内壁上布置有横肋，因此，安装前使用全站仪在筒壁上精确定位并划上标记线，该标记线与钢圆筒轴线平行，即该标记线沿钢圆筒轴向设置，沿着标记线对筒壁上的横肋进行开孔，使得筒壁内的横肋上下联通以使倾角仪传感器的线缆能够贯穿横肋向上引出；进一步的说，槽钢的长度等于横肋之间的间距，即槽钢的两端要连接至横肋，从而全面保护线缆，防止线缆外露。
[0013]
在上述技术方案中，所述测斜管的单管标准长度1-3m，内嵌十字槽，拼接时，测斜管端头接入管箍部位预先涂抹胶水，然后插入管箍进行对接，对接后再缠绕防水胶布。
[0014]
在上述技术方案中，所述卡扣为“ω”型，由金属片弯曲而成，其中部为弯曲段，弯曲段两侧具有侧翼，每个侧翼上均设置有开孔。
[0015]
在上述技术方案中，所述螺柱的一端焊接于钢圆筒内壁，用于与“ω”型卡扣侧翼上的开孔配套安装。
[0016]
在上述技术方案中，所述保护管由钢管与角钢焊接组成，钢管两侧焊接角钢形成两翼，角钢底面与钢管底面齐平，该保护管用于保护测斜管的管箍连接处。
[0017]
在上述技术方案中，所述管靴由钢管与角钢组成，钢管两侧焊接角钢形成两翼，角钢底面与钢管底面齐平，钢管底端呈楔形，并具有底盖，以保护测斜管底部，避免钢圆筒振沉时测斜管劈裂破坏。
[0018]
在上述技术方案中，所述土压力和水压力监测系统的槽钢沿钢圆筒轴向设置，沿槽钢纵向每间距3-6m为一个监测高度面，每个监测高度面横向设置两个监测点位，每个监测高度面的两个监测点位以槽钢为对称轴对称布置，每个监测点位布置一个土压力盒和一个渗压计，槽钢的两侧对应位置设置有通孔，以使土压力盒和一个渗压计线缆进入槽钢。
[0019]
在上述技术方案中，土压力盒与渗压计安装在基座上，通过基座与钢圆筒外壁固定，硬链接处采用海绵橡胶进行缓冲，土压力盒与渗压计缝隙处、电缆接头处均用粘弹体包裹。
[0020]
本发明的优点和有益效果为：
[0021]
本发明根据人工岛岛壁地质情况，针对岛壁不同位置处的大直径钢圆筒，采用不同的监测手段，以全面获岛壁各部分钢圆筒的受力变形信息，分析钢圆筒结构在人工岛各个施工工序下的受力，变形发生发展情况，从而控制施工进度，优化施工工艺，保证岛壁结构的安全、稳定。同时也为完善钢圆筒结构理论计算提供基础性数据。钢圆筒的各监测系统，结构稳定，制作和安装简便，成本低。
附图说明
[0022]
图1是筒身变形多段式自动监测系统的结构示意图。
[0023]
图2是筒身变形多段式自动监测系统中传感器固定构件的俯视结构示意图。
[0024]
图3是筒身变形多段式自动监测系统中传感器固定构件的侧视结构示意图。
[0025]
图4是筒身变形手动监测系统的安装结构示意图。
[0026]
图5是图4中保护管处的局部放大结构图。
[0027]
图6是图4中卡扣处的局部放大结构图。
[0028]
图7.1是图4中卡扣的正视结构图。
[0029]
图7.2是图4中卡扣的俯视结构图。
[0030]
图8.1是图4中保护管的正视结构图。
[0031]
图8.2是图4中保护管的俯视结构图。
[0032]
图9.1是图4中管靴的侧视结构图。
[0033]
图9.2是图4中管靴的俯视结构图。
[0034]
图10是筒壁应力监测系统的安装结构示意图。
[0035]
图11是土压力和水压力监测系统的安装结构示意图。
[0036]
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0037]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0038]
一种针对岛壁大直径薄壁钢圆筒的监测方法，包括以下内容：
[0039]
根据人工岛岛壁地质勘查情况，确定各钢圆筒的监测项目，分为三个监测级别，各监测级别下的监测项目及监测点布置位置如表1所示，具体来讲：
[0040]
针对地层起伏段和岛壁曲率突变处的钢圆筒，在钢圆筒临海侧以及临岛侧均布置有筒身变形多段式自动监测系统、筒壁应力监测系统、土压力和水压力监测系统。所述曲率突变处是指相邻钢圆筒圆心连线夹角＜120
°
。
[0041]
针对地层含透镜体段的岛壁曲率变化处的钢圆筒，在钢圆筒临岛侧布置筒身变形手动监测系统和筒壁应力监测系统。所述曲率变化处是指相邻钢圆筒圆心连线夹角介于120
°
与180
°
之间。
[0042]
针对地层均匀段的岛壁曲率不变处的钢圆筒，在钢圆筒临岛侧布置筒身变形手动监测系统。
[0043]
表1监测项目分级表
[0044][0045]
大直径薄壁钢圆筒壁厚20mm，筒内壁布置有加强横肋与纵肋，钢圆筒在工厂预制期间，完成上述各监测系统的安装；安装前使用全站仪进行钢圆筒临海侧，临岛侧放线定位，定位偏差
±
20cm。
[0046]
参见附图1-3，所述筒身变形多段式自动监测系统，采用倾角仪传感器，在钢圆筒内壁上沿钢圆筒筒身轴向每隔3m布置传感器固定构件m1，传感器固定构件中安装倾角仪传感器，倾角仪传感器“﹢”向朝向筒内，且使倾角仪传感器读数尽量接近0，以钢圆筒底为基点，以自下而上倾斜度迭代的方式计算筒身的变形。
[0047]
所述传感器固定构件m1由钢管m1-1和焊接在钢管两侧的两片角钢m1-2构成，钢管底端由铁片m1-3封闭并在铁片中心开设通孔m1-31，钢管内径比倾角仪传感器外径大5mm，铁片中心的通孔m1-31的直径比倾角仪传感器底部固定螺母直径大2mm，安装时将角钢边缘焊接在钢圆筒筒壁上。
[0048]
倾角仪传感器安装完成后，将倾角仪传感器的线缆竖直向上引至筒顶，置于仪器箱m2中，待现场振沉安放到位后连接自动采集传输设备，实现数据的自动采集。
[0049]
所述倾角仪传感器及其缆线采用保护构件m3进行保护，所述保护构件m3采用槽钢，槽钢的底部以斜脚m3-1封闭，槽钢两侧焊接有角钢m3-2，通过角钢m3-2焊接在钢圆筒筒壁上，保护构件m3沿传感器固定构件m1的轴向安装轨迹设置，将所有传感器固定构m1件以及从传感器固定构件中引出的倾角仪传感器线缆封闭在其内，以进行良好保护；由于钢圆筒内壁上布置有横肋，因此，安装前使用全站仪在筒壁上精确定位并划上标记线，该标记线与钢圆筒轴线平行，即该标记线沿钢圆筒轴向设置，沿着标记线对筒壁上的横肋进行开孔，使得筒壁内的横肋上下联通以使倾角仪传感器的线缆能够贯穿横肋向上引出；进一步的说，槽钢的长度等于横肋之间的间距，即槽钢的两端要连接至横肋，从而全面保护线缆，防止线缆外露。
[0050]
参见附图4-9.2，所述筒身变形手动监测系统，采用abs测斜管1，沿着轴向标记线在筒壁的横肋上开孔，使筒壁内的横肋上下联通用于安装所述测斜管1；所述测斜管贯穿安装在横肋上的开孔中，测斜管由多节测斜管单管通过管箍6拼接，测斜管底端至钢圆筒底部的下加强板a-3上边沿，测斜管顶端至钢圆筒顶部的上加强板a-2下边沿，在测斜管底端安装管靴5，管靴焊接在钢圆筒筒壁上，自管靴顶部沿测斜管向上间隔在钢圆筒内壁上交替焊接保护管4与螺柱3，所述保护管4套装在测斜管的管箍连接处，在螺柱3上安装卡扣2并通过螺母使卡扣扣住测斜管1，卡扣与测斜管接触处垫有橡胶垫。
[0051]
所述abs测斜管的单管标准长度2m，内嵌十字槽，各abs测斜管单管之间通过管箍6
连接(参见附图5)，最底部的测斜管配有管脚，最顶部的测斜管配有管帽。拼接时，测斜管端头接入管箍部位预先涂抹胶水，然后插入管箍进行对接，对接后再缠绕防水胶布。
[0052]
参见附图7.1和7.2，所述卡扣2为“ω”型，由金属片弯曲而成，其中部为弯曲段2-1，弯曲直径8cm，弯曲段两侧具有侧翼2-2，每个侧翼上均设置有开孔2-21，开孔直径1cm。
[0053]
所述螺柱3，直径8mm，螺柱的一端焊接于钢圆筒内壁，用于与“ω”型卡扣侧翼上的开孔2-21配套安装。
[0054]
参见附图8.1和8.2，所述保护管4由钢管4-1与角钢4-2焊接组成，钢管内径8cm，长度40cm，钢管两侧焊接角钢形成两翼，长度30cm，角钢底面与钢管底面齐平，该保护管用于保护abs测斜管的管箍连接处。
[0055]
参见附图9.1和9.2，所述管靴5由钢管5-1与角钢5-2组成，钢管5-1内径8cm，长度100cm，钢管两侧焊接角钢5-2形成两翼，长度80cm，角钢底面与钢管底面齐平，钢管底端呈楔形，并具有底盖5-3，以保护abs测斜管底部，避免钢圆筒振沉时abs测斜管劈裂破坏。
[0056]
进一步的说，测斜管安装时，应保证“十字槽”一边卡槽垂直于筒壁，因测斜管的加工精度原因，拼接后的测斜管卡槽会发生扭转，拼接长度越长，扭转现象越明显，因此每隔一段距离，需要调校，调校时测斜管一端固定，调校处手动扭转，通过拧紧“ω”型卡扣上的螺母锁定测斜管。
[0057]
参见附图10，所述筒壁应力监测系统，采用静态应变计，根据钢圆筒材质的弹性模量换算得到应力：
[0058]
σ＝eε
[0059]
σ—应力
[0060]
e—钢圆筒弹性模量
[0061]
ε—应变
[0062]
在钢圆筒下沉面以上的筒壁上布置一个环向应变计和一个竖向应变计，下沉面以下的筒壁上布置一个环向应变计和三个竖向应变计，三个竖向应变计等间距布置，环向应变计布置于横肋上方竖向应变计一侧位置。
[0063]
所述应变计安装在应变计基座上，应变计基座焊接于筒壁上，冷却后安装应变计，之后安装保护盒进行保护，保护盒内填充泡沫胶；应变计安装完成后，将应变计的线缆理顺并向上引至筒顶，置于仪器箱中，待现场振沉安放到位后连接自动采集传输设备，实现数据的自动采集。所述应变计线缆同样采用槽钢作为保护构件进行保护，槽钢两侧焊接有角钢，通过角钢焊接在钢圆筒筒壁上，相应的，在钢圆筒内壁上的横肋上开设有对应的通孔，使应变计线缆能够贯穿横肋向上引出。
[0064]
参见附图11，所述土压力和水压力监测系统，采用土压力盒l1与渗压计l2，土压力盒与渗压计安装于钢圆筒下沉面以下的外壁区域上，土压力盒和渗压计的线缆通过槽钢l3进行保护，沿槽钢竖直向上引至筒顶，置于仪器箱l4中，用于监测钢圆筒在岛侧各施工工况下收到的土压力，超静水压力的作用，控制施工。
[0065]
进一步的说，槽钢沿钢圆筒轴向设置，沿槽钢纵向每间距5m为一个监测高度面，每个监测高度面横向设置两个监测点位，每个监测高度面的两个监测点位以槽钢为对称轴对称布置，每个监测点位布置一个土压力盒和一个渗压计(渗压计尽量靠近土压力盒)，槽钢的两侧对应位置设置有通孔，以使土压力盒和一个渗压计线缆进入槽钢。
[0066]
进一步的说，土压力盒与渗压计安装在基座上，通过基座与钢圆筒外壁固定，硬链接处采用海绵橡胶进行缓冲，土压力盒与渗压计缝隙处、电缆接头处均用粘弹体包裹。
[0067]
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
[0068]
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0069]
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。