CN109540352A - 隧道二衬预埋压力传感网络构造及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道二衬预埋压力传感网络构造，包括圆筒状引线盒，以引线盒中心为基准点，引线盒上等夹角均匀向外引出六根等长的引线，引线的末端通过连接线连接形成正六边形，六根引线的前端分别与引线盒均匀内置的六个接口对应连接；六条引线上间隔连接有三个压力传感器，即每相邻两条引线上只有一条引线上设置一个压力传感器，正六边形连接线上每相邻两段连接线上只有一段连接线上设置有一个压力传感器。圆筒状引线盒内插接有与其匹配并能数据通信的监测装置。本发明同时还公开了利用该构造的监测方法。利用监测网实现对压力点的准确的定位，实现定期的隧道健康监测，通过外部监测接收装置对内部监测网络进行反馈。

Description

隧道二衬预埋压力传感网络构造及其监测方法

技术领域

本发明涉及压力监测领域，尤其是一种隧道二衬预埋压力传感网络构造及其监测方法。

背景技术

近些年来，地铁、高铁等基础设施建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进入了迅猛发展时期。隧道穿越的山体工程地质及水文地质等条件复杂，各段施工工艺存在差异，导致隧道在使用过程中出现拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、树砌损坏、隧道渗漏水、围岩大变形等诸多健康问题，而众多问题的祸首是就隧道开裂，隧道裂隙在压力作用下进一步扩展，导致隧道结构的整体性丧失，压力水侵入裂缝最终酿成重大的隧道事故。在隧道运营过程中，由于地表变化、地质条件改变、新增建筑以及静动荷载变化等情况导致的隧道沉降、受力改变是隧道裂隙出现的重要原因。

中国专利CN105469582A公开了一种隧道压力波的采集***及其数据采集方法，但这种方法旨在压力波的数据采集方法，并且未对隧道结构体的压力变化提供具体的监测方式。

中国专利201620857051.0 公开了一种新型电阻应变式土压力盒传感器，并未实现加测网络，只能对个点进行监测，不能实现网状监测和压力点的定位。

中国专利申请201510330076.5 公开了一种外侧壁土压力盒液压式埋设装置及埋设方法，但是该申请中并未实现对外外部监测装置的设计。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种隧道二衬预埋压力传感网络构造及其监测方法，利用监测网实现对压力点的准确的定位，实现定期的隧道健康监测，通过外部监测接收装置对内部监测网络进行反馈。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种隧道二衬预埋压力传感网络构造，包括圆筒状引线盒，以引线盒中心为基准点，引线盒上等夹角均匀向外引出六根等长的径向引线，径向引线的末端通过纬向引线连接形成正六边形，六根径向引线的前端分别与引线盒均匀内置的六个接口对应连接；

六条径向引线上间隔连接有三个压力传感器，即每相邻两条径向引线上只有一条径向引线上设置一个径向压力传感器，正六边形纬向引线上每相邻两段纬向引线上只有一段纬向引线上设置有一个压力传感器。

所述圆筒状引线盒内插接有与其匹配并能数据通信的监测装置。

所述六个接口包括等间距设置于引线盒内壁上的引线柱，每根朝向引线盒中心的引线柱面上均设置一根引线条，引线条与径向引线一端连接。

所述引线盒上设置有供径向引线穿出的连接孔。

所述引线盒上端面上设有一个与监测装置的下部柱形连接器中的突出柱相匹配的凹槽，两者结合后，起到定位作用，进而固定其余的引线条和监测装置中引线槽的对应位置，检测时可以准确的定位传感器的数值。

所述引线盒随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒上配置相应的引线盒盖。

所述径向或纬向压力传感器为高强预埋硅压阻压力传感电阻，该传感电阻由高分子软质外套包裹，且传感电阻的引线接头处由高分子粘合剂粘合密封。

所述监测装置包括一体结构的上部显示器和下部柱形连接器，所述柱形连接器包括一个圆柱体，所述圆柱体外圆周上开设有六个与引线盒内壁上的六个引线柱及引线条相匹配的引线槽，引线槽内设置有与引线条相接触的金属条，金属条上连接有与上部显示器相连的数据线。

所述显示器内置有压力信息采集处理***。压力信息采集处理***是现有的***，在此不再赘述。

一种利用隧道二衬预埋压力传感网络构造的监测方法，包括以下步骤：

1）将压力传感网络构造预埋于隧道二衬结构中，在初衬的隧道内部预留经、纬向压力传感器的空间，在相应位置分别安置经、纬向压力传感器，在隧道内壁进行径向、纬向引线的铺设，进行二衬施工；

2）引线盒随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒上配置相应的引线盒盖；

3）监测时，将监测装置插进引线盒，引线盒中的引线条与监测装置的柱形连接器的金属条连通，压力信息采集处理***采集不同位置的压力信号并记录保存，通过控制不同经、纬向引线的开断，压力信息采集处理***采集并识别确定不同经、纬向压力传感器的压力信号，确定各点的受压变化；

4）监测完毕后，将监测装置从引线盒中拔出，且引线盒能够通过引线盒盖密封，保持引线盒在不监测时的干净。

本发明的有益效果是：

1）本发明将具备信息采集功能的压力感应器预埋进混凝土的隧道结构体中，实现结构体内部压力的监测，有利于在应力变化初期进行防控。

2）本发明通过六边形引线网络连接，电路连通简单，监测面积大，可以实现由点及面的压力监测，有利于重点压力部位的识别。

3）本发明采用多测点循环监测***，可以实现区域压力监测和每个测点压力变化趋势，通过各个测点压力变化确定压力施加位置。

4）监测装置的柱形连接器设置凹槽，与引线盒的接线柱相契合，保证在安装使用时六个接口的准确对应。引线盒中接口处的引线条与监测装置的凹槽中的金属条相接触，形成连通电路，通过压力信息采集处理***实现各个压力传感器的数据反馈，简化监测步骤和程序，实现一个传感显示器收集多了测点数据。

附图说明

图1是本发明的压力传感网络构造示意图；

图2为本发明的引线盒及引线柱的示意图；

图3为本发明的引线盒与网状结构引线连接示意图

图4为本发明的监测装置的柱形连接器结构示意图；

图5为本发明的监测装置的柱形连接器截面图

其中，1.引线盒，2.经向引线，3.纬向引线，4.纬向压力传感器，5.经向压力传感器，6.引线柱，7.引线条，8.凹槽，9.柱形连接器，10.引线槽，11.金属条，12.连接孔，13.突出柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-图5所示，隧道二衬预埋压力传感网络构造，包括圆筒状引线盒1，以引线盒1中心为基准点，引线盒1上等夹角均匀向外引出六根等长的经向引线2，引线2的末端通过纬向引线3连接形成正六边形，经向引线2的前端分别与引线盒1均匀内置的六个接口对应连接；

六条经向引线2上间隔连接有三个经向压力传感器5，即每相邻两条经向引线2上只有一条引线上设置一个经向压力传感器5，正六边形纬向引线3上每相邻两段引线上只有一段纬向引线线3上设置有一个纬向压力传感器4，如图1所示，六个压力传感器分别标记为A、B、C、D、E、F。

引线条7，引线条7与经向引线2通过连接孔12连接。

引线盒1内部有六个引线柱6，监测装置的下部柱形连接器***引线盒的时候，与引线槽10对应。引线盒1上端面上的凹槽8与检测装置下部连接器中的突出柱13对应卡接，起到定位作用，进而固定其余六个引线条和监测装置中引线槽的对应位置。引线盒1随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒1上配置相应的引线盒盖。

经、纬向压力传感器5、4为高强预埋硅压阻压力传感电阻，该传感电阻由高分子软质外套包裹，且传感电阻的引线接头处由高分子粘合剂粘合密封。

图4为图5检测装置下部柱形连接器9的横向剖面图。圆筒状引线盒1内插接有与其匹配并能数据通信的监测装置。监测装置包括一体结构的上部显示器和下部柱形连接器9，所述柱形连接器9包括一个圆柱体，圆柱体外圆周上开设有六个与引线盒内壁上的六个引线柱6及引线条7相匹配的引线槽10，引线凹槽10内设置有与引线条7相接触的金属条11，金属条11上连接有与上部显示器相连的数据线。

通过柱形连接器9***引线盒1使其相连通，柱形连接器9截面尺寸略小于引线盒1内径，能够相互契合。监测装置连通后可以接收外部的压力信号，通过闭合不同的引线接口实现单线路连通，进而测量不同位置的压力。监测结束之后可以向外部网络进行反馈，实现实时的长效监测。监测结束之后拔下监测装置。

显示器内置有压力信息采集处理***。压力信息采集处理***是现有的***，在此不再赘述。

一种利用隧道二衬预埋压力传感网络构造的监测方法，包括以下步骤：

1）将压力传感网络构造预埋于隧道二衬结构中，在初衬的隧道内部预留经、纬向压力传感器的空间，在相应位置分别安置压力传感器A、B、C、D、E、F，在隧道内壁进行引线的铺设，进行二衬施工；

2）引线盒随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒1上配置相应的引线盒盖；

3）监测时，将监测装置插进引线盒，引线盒中的引线条7与监测装置的柱形连接器9的金属条11连通，压力信息采集处理***采集不同位置的压力信号并记录保存，通过控制不同经、纬向引线的开断，压力信息采集处理***采集并识别确定不同经、纬向压力传感器的压力信号，确定各点的受压变化；

如图1所示，具体监测时：

控制***连通引线柱a、b，可以实现对径向压力传感器A的示数显示。控制***连通引线柱b、d，可以实现对纬向压力传感器D的示数显示。控制***连通引线柱c、d，可以实现对径向压力传感器B的示数显示。控制***连通引线柱d、f，可以实现对纬向压力传感器E的示数显示。控制***连通引线柱e、f，可以实现对径向压力传感器C的示数显示。控制***连通引线柱f、b，可以实现对纬向压力传感器F的示数显示；

4）监测完毕后，将监测装置从引线盒中拔出，且引线盒能够通过引线盒盖密封，保持引线盒在不监测时的干净。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，包括圆筒状引线盒，以引线盒中心为基准点，引线盒上等夹角均匀向外引出六根等长的径向引线，径向引线的末端通过纬向引线连接形成正六边形，六根径向引线的前端分别与引线盒均匀内置的六个接口对应连接；

六条径向引线上间隔连接有三个压力传感器，即每相邻两条径向引线上只有一条径向引线上设置一个径向压力传感器，正六边形纬向引线上每相邻两段纬向引线上只有一段纬向引线上设置有一个压力传感器。

2.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述圆筒状引线盒内插接有与其匹配并能数据通信的监测装置。

3.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述六个接口包括等间距设置于引线盒内壁上的引线柱，每根朝向引线盒中心的引线柱面上均设置一根引线条，引线条与径向引线一端连接。

4.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述引线盒上设置有供径向引线穿出的连接孔。

5.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述引线盒上端面上设有一个与监测装置的下部柱形连接器中的突出柱相匹配的凹槽。

6.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述引线盒随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒上配置相应的引线盒盖。

7.如权利要求1所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述径向或纬向压力传感器为高强预埋硅压阻压力传感电阻，该传感电阻由高分子软质外套包裹，且传感电阻的引线接头处由高分子粘合剂粘合密封。

8.如权利要求2所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述监测装置包括一体结构的上部显示器和下部柱形连接器，所述柱形连接器包括一个圆柱体，所述圆柱体外圆周上开设有六个与引线盒内壁上的六个引线柱及引线条相匹配的引线槽，引线槽内设置有与引线条相接触的金属条，金属条上连接有与上部显示器相连的数据线。

9.如权利要求8所述的隧道二衬预埋压力传感网络构造，其特征是，所述显示器内置有压力信息采集处理***。

10.一种利用隧道二衬预埋压力传感网络构造的监测方法，包括以下步骤：

1）将压力传感网络构造预埋于隧道二衬结构中，在初衬的隧道内部预留经、纬向压力传感器的空间，在相应位置分别安置经、纬向压力传感器，在隧道内壁进行径向、纬向引线的铺设，进行二衬施工；

2）引线盒随混凝土浇筑于隧道结构体中，其浇筑深度高于二衬混凝土的高度，略高于隧道装装饰层，引线盒上配置相应的引线盒盖；

3）监测时，将监测装置插进引线盒，引线盒中的引线条与监测装置的柱形连接器的金属条连通，压力信息采集处理***采集不同位置的压力信号并记录保存，通过控制不同经、纬向引线的开断，压力信息采集处理***采集并识别确定不同经、纬向压力传感器的压力信号，确定各点的受压变化；

4）监测完毕后，将监测装置从引线盒中拔出，且引线盒能够通过引线盒盖密封，保持引线盒在不监测时的干净。