一种新型可溯源和状态监测的盾构管片的制作方法

本实用新型涉及盾构管片状态监测技术，特别涉及一种新型可溯源和状态监测的盾构管片。

技术背景

随着城市发展，应用于隧道施工中的盾构法施工以其自动化程度高、施工速度快、不受气候影响等特点在工程建设领域得到了广泛的应用。然而在实际的盾构施工中，盾构管片的追溯问题一直无法得到很好的解决：从生产到堆场到安装的情况不清晰、不明确，再到施工管理的运维成本的居高不下，都困扰着盾构施工方进一步降费增效，高效管理与运维盾构管片。不仅如此，由于地质水文条件的复杂性，盾构施工存在一定风险。盾构始发、接收、穿越风井、联络通道等重要区段的施工会造成管片受力的变化，引起管片变形严重的会导致隧道涌水涌沙甚至隧道破坏，发生灾难性的后果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，以便能够对盾构管片进行监控。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，包括盾构管片本体，其特征在于所述盾构管片本体中预埋有应力应变传感器和无源rfid芯片盒；所述应力应变传感器的传感部位与盾构管片本体中的钢筋连接在一起，所述应力应变传感器的连接线缆穿出盾构管片本体。

进一步地：它设置有多个应力应变传感器，所述多个应力应变传感器分布在盾构管片本体的不同位置。

进一步地：在盾构管片本体的连接线缆穿出部位设置电缆穿出口形状保持结构。

所述应力应变传感器可以采用各种大小合适盾构管片尺寸而能埋入盾构管片、传感部位能与钢筋连接的应力应变传感器。比如钢弦式应力应变传感器，与钢筋连接的方式可以采用捆扎的方式连接，也可借助支架、夹具等辅助工具来连接。对于无源rfid芯片盒在盾构管片的预埋位置，以方便便携式手提rfid读取设备以及在隧洞内的基站天线与其通信为准，一般，尽可能处在没有钢筋或钢筋比较少的部位，在预埋浇筑时的定位也可借助支架、支座等辅助装置。为减少和避免约束应力的影响，同时又不影响通信，在厚度方向上，应力应变传感器与无源rfid芯片盒预埋在盾构管片的中部比较好。

所述应力应变传感器和无源rfid芯片盒是在盾构管片厂家在生产盾构管片时即将此埋入对应管片内。无源rfid芯片盒内的无源rfid芯片使对应管片具有唯一id，随后在管片生产、运输、堆放、安装、运维过程中，管理人员均可使用便携式手提rfid读取设备读取管片无源rfid芯片内的输入信息，并可按照施工需求向其中存入指定信息。应力应变传感器记录盾构管片在浇筑、隧洞施工及隧洞投入使用后所承受的应力应变情况。以此为基础，盾构管片能得到从生产、堆场、安装到维护阶段全生命周期的数据更新与维护，获得智慧化管理和及时监控管片所受应力情况。盾构管片中应力应变传感器产生的频率信号经连接线缆传输至频率读数装置或数据采集系统，在经公式换算后即可得到管片的应力变化量，一旦超出阈值，监控系统能够根据该管片id而及时告警。

应力应变传感器记录管片所承受的应力应变情况，以钢弦式应力应变传感器为例，管片受力产生的变形将引起预埋于管片内的应力应变传感器的应变针钢弦变形，使得钢弦发生应力变化从而改变钢弦的振动频率，频率信号经三线制电缆传输至频率读数装置或数据采集系统，三线制电缆包括了应力应变传感器工作所需的电源线、接地线以及数据通信线，并可在三线外用保护管保护。

本实用新型具有的有益效果是：(1)本实用新型使得相较于人工监测，反应更灵敏，报警更迅捷，可以做到24小时全天候实时监测，节约了人力资源成本；(2)本实用新型给予每个管片独一无二的id，可以高效的完成对管片从生产、堆场、安装到运维阶段全生命周期的数据更新与维护；(3)本实用新型的内部监控装置反应灵敏，结构简单，装配方便，经济实用。

附图说明

图1为基于本实用新型结构的系统示意图。

图2为实用新型盾构管片实施例的端面示意图。

图3为实用新型盾构管片实施例的正面示意图。

图4为图2的a-a剖视图。

图5为实用新型盾构管片实施例的侧面示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的可溯源和状态监测的盾构管片，包括钢筋混凝土的盾构管片本体100，所述盾构管片本体100中预埋有应力应变传感器1和无源rfid芯片盒2。所述应力应变传感器1的传感部位与盾构管片本体100中的钢筋连接在一起，所述应力应变传感器1的连接线缆穿出盾构管片本体100，以便与相应的数据采集系统连接。

在一个盾构管片设置有多个应力应变传感器1，所述多个应力应变传感器1分布在盾构管片本体的不同位置，都连接有连接线缆；这些应力应变传感器1的传感部位有的和盾构管片的纵向筋连接，有的和环向筋连接。不同应力应变传感器1的连接线缆可以汇总而统一穿出盾构管片本体，也可各自就近穿出。在盾构管片本体的连接线缆穿出部位101设置电缆穿出口形状保持结构，比如一个带法兰边的套管。

所述盾构管片的浇筑推荐采用一次浇筑成型。浇筑完成后，在应力应变传感器1和无源rfid芯片盒2所在的部位应在盾构管片内表面做明显标记。

对于应力应变传感器1所引出的连接线缆应集中绑好，可开凿专门电缆沟水平敷设，电缆在沟内放松成s形延伸，如需在电缆上覆盖砼层保护，覆盖砼的厚度应大于15cm，电缆应按设计要求引到临时或永久观测站。

所述应力应变传感器采用钢弦式应力应变传感器，通过绑扎，应变针与盾构管片中的钢筋连接，当盾构管片受到应力产生应变时，管片受力产生的变形将引起埋入于管片内的应力应变传感器1的应变针钢弦变形，使得钢弦发生应力变化从而改变钢弦的振动频率，频率信号经电缆传输至频率读数装置或数据采集系统，系统经过公式换算即可得到管片的应力应变变化量。

无源rfid芯片盒1内设置的无源rfid芯片使对应管片具有唯一id，随后在管片生产、运输、堆放、安装、运维过程中，管理人员均可使用便携式手提rfid读取设备读取管片无源rfid芯片内的输入信息，并可按照施工需求向其中存入指定信息。在盾构管片投入使用后，无源rfid芯片可以和监控系统在隧洞内的通信基站进行通信，通信基站可以定时访问无源rfid芯片，而数据采集系统也可定时采集应力应变传感器的传感信号。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：

1.一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，包括盾构管片本体，其特征在于所述盾构管片本体中预埋有应力应变传感器(1)和无源rfid芯片盒(2)；所述应力应变传感器(1)的传感部位与盾构管片本体中的钢筋连接在一起，所述应力应变传感器(1)的连接线缆穿出盾构管片本体。

2.根据权利要求1所述的一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，其特征在于：它设置有多个应力应变传感器(1)，所述多个应力应变传感器(1)分布在盾构管片本体的不同位置。

3.根据权利要求1所述的一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，其特征在于：在盾构管片本体的连接线缆穿出部位设置电缆穿出口形状保持结构。

技术总结
本实用新型涉及一种新型可溯源和状态监测的盾构管片，包括盾构管片本体，所述盾构管片本体中预埋有应力应变传感器和无源RFID芯片盒；所述应力应变传感器的传感部位与盾构管片本体中的钢筋连接在一起，所述应力应变传感器的连接线缆穿出盾构管片本体。本实用新型使得相较于人工监测，反应更灵敏，报警更迅捷，可以做到24小时全天候实时监测，节约了人力资源成本；本实用新型给予每个管片独一无二的ID，可以高效的完成对管片从生产、堆场、安装到运维阶段全生命周期的数据更新与维护；本实用新型的内部监控装置反应灵敏，结构简单，装配方便，经济实用。

技术研发人员：杨彪;朱力源;吴传珍;宋安;陈文龙;张建程
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2020.02.10
技术公布日：2020.12.29