CN113898412B - 一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，包括以下步骤：一、冻胀力监测传感器的选型；二、安装冻胀力监测传感器；三、冻胀力监测管的水密性检测；四、标记测温管孔位；五、冻胀力监测管随着测温管跟管钻进；六、数据采集。本发明通过在测温管上连接安装有冻胀力监测传感器的冻胀力监测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测，能有效提高施工效率，降低操作难度，有效避免监测工作引发涌水涌砂现象，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。
Description
技术领域
本发明属于地铁隧道监测技术领域，具体涉及一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法。
背景技术
冻结法作为地层加固的重要手段，在城市轨道交通工程中广泛使用，特别是在富水量大、淤泥质、砂质地层的联络通道施工和盾构始发接收作业中，该方法加固效果显著。但人工冻结使得地层温度急剧降低，将产生巨大的冻胀力，无疑会引起周围建筑基础、隧道衬砌、车站底板的不良变形，明确冻胀力范围、冻胀圈空间形式对于冻结壁形式、排布方式设计以及既有建筑保护至关重要。
另外，由于城市地面场地限制，近年来多采用多圈水平杯型冻结形式，相较于垂直冻结，这种冻结形式的冻胀影响范围、冻胀力大小的理论计算成果很少，且多为半理论半经验公式，局限性大；室内土样试验破坏的岩土体原有结构与状态，难以准确模拟现场复杂的应力与地下水条件，测试精度有限；现场冻胀力的测试工作，一般都借助地连墙、管片等较大的作业面进行元件预埋，或是布设泄压孔以出涌的泥水压代替冻胀力，这些方案对于水平多圈冻结各圈层冻胀力的测试适用性很差，其测试精度难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其通过在测温管上连接安装有冻胀力监测传感器的冻胀力监测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测，能有效提高施工效率，降低操作难度，有效避免监测工作引发涌水涌砂现象，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于，该方法采用的冻胀力监测装置包括连接在测温管上的冻胀力监测管和多个安装在冻胀力监测管上的冻胀力监测传感器，相邻两圈水平冻结管之间和最外圈的水平冻结管的外圈均设置有测温管，所述冻胀力监测管上设置有多个供冻胀力监测传感器安装的沉槽，所述沉槽为焊接在冻胀力监测管内且一端封闭的圆管，所述沉槽的槽壁上开设有一个供冻胀力监测传感器的测量导线穿过的通孔；
该方法包括以下步骤：
步骤一、冻胀力监测传感器的选型：根据所施工地铁的现场施工要求，选择能够在-30℃～50℃的低温环境下工作的微型电阻式土压力盒作为所施工地铁水平冻结的冻胀力监测传感器；
步骤二、安装冻胀力监测传感器：在每个所述沉槽内均安装一个冻胀力监测传感器，所述冻胀力监测传感器的测量导线通过沉槽上的通孔引入至冻胀力监测管内，并将测量导线置于冻胀力监测管内，在冻胀力监测传感器与沉槽的槽壁之间填充防水乳胶进行密封，在冻胀力监测传感器的外侧粘贴防水胶带，通过防水乳胶将测量导线与沉槽的通孔的孔壁之间进行密封；
步骤三、冻胀力监测管的水密性检测；
步骤四、标记测温管孔位：在每个测温管的设计位置处均进行测温管孔位的标记；
步骤五、冻胀力监测管随着测温管跟管钻进：所述测温管包括两个装配式测温管节段，冻胀力监测管连接在两个所述装配式测温管节段之间，每个装配式测温管节段均包括一个或多个测温管节段，在步骤四中标记的每个测温管孔位处，采用钻机将冻胀力监测管与多个测温管节段按照设定顺序进行水平冲水跟管钻进，所述冻胀力监测管位于长壁杯形冻土壁的杯底冻结区域；
其中，相邻两个所述测温管节段之间焊接，所述冻胀力监测管和与其相连的两个所述测温管节段之间均采用丝扣加焊接的方式固定；
步骤六、数据采集：当测温管整体钻进施工完成后，将冻胀力监测管内的测量导线从测温管内拉出，并将测量导线与应变数据采集仪连接，每天通过应变数据采集仪至少采集一次冻胀力监测数据。
上述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：所述冻胀力监测管和测温管均为圆管，所述冻胀力监测管和测温管的外径相同。
上述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：所述冻胀力监测管上安装有四个冻胀力监测传感器，四个所述冻胀力监测传感器距地连墙的距离分别为0.2m、0.6m、1m和1.4m。
上述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤一中，将选择好的微型电阻式土压力盒在-30℃～50℃的低温试验箱里面进行灵敏度检测，确保微型电阻式土压力盒能够满足冻胀力测试的温度要求。
上述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤二中，冻胀力监测传感器的尺寸与沉槽的内部尺寸相适配。
上述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤三中，进行冻胀力监测管的水密性检测时，将冻胀力监测管的两端采用法兰、垫片及螺栓密封，在冻胀力监测管的一端预留进水口，采用手动试压泵向冻胀力监测管内冲水并缓慢增压，当冻胀力监测管内的压力达到试验压力的50％时，若冻胀力监测管无漏水，继续按试验压力的10％逐级升压，每级稳压2分钟，并对对冻胀力监测管进行查漏，直至胀力监测管内的压力试验压力，稳压5分钟，若冻胀力监测管无漏水，则表明冻胀力监测管的水密性良好。
上的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤四中，次外圈的水平冻结管与最外圈的水平冻结管之间标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管两侧，最外圈的水平冻结管的外圈标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管两侧。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在进行冻胀力监测传感器的安装前，首先对冻胀力监测传感器进行温度测试后，确保冻胀力监测传感器能在-30℃～50℃的环境下使用，能够满足冻胀力测试的温度要求。
2、本发明通过在冻胀力监测管的外侧设置有多个供冻胀力监测传感器安装的沉槽，能够保证监测作业与正常施工作业的协调性，同时使得冻胀力监测传感器损失率大大降低，进而确保施工进度不受影响。
3、本发明通过将冻胀力监测管连接在测温管上，在进行测温管的安装时，即可同时完成冻胀力监测管的安装，能有效提高施工效率，不需要借助地连墙、管片等较大的作业面进行元件预埋，操作难度大大减小，可适用于多圈水平冻结形式的冻胀力监测。
4、本发明通过在地铁冻结区域内设置多个冻胀力监测管，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测。
5、本发明通过在冻胀力监测管上设置沉槽3-1安装冻胀力监测传感器，同时使冻胀力监测传感器的测量导线置于测温管内部，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。
综上所述，本发明通过在测温管上连接安装有冻胀力监测传感器的冻胀力监测管来进行冻胀力监测，不仅能够监测冻结范围外部的冻胀力或工程结构受力情况，同时还能够进行冻结圈层内部冻胀力发展情况的监测，能有效提高施工效率，降低操作难度，有效避免监测工作引发涌水涌砂现象，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明冻胀力监测装置的结构示意图。
图2为本发明测温管的布设位置示意图。
图3为本发明冻胀力监测传感器的安装结构示意图。
图4为本发明的流程框图。
附图标记说明:
1—水平冻结管； 2—测温管； 3—冻胀力监测管；
3-1—沉槽； 4—冻胀力监测传感器； 4-1—测量导线；
5—地连墙； 6—应变数据采集仪。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，该方法采用的冻胀力监测装置包括连接在测温管2上的冻胀力监测管3和多个安装在冻胀力监测管3上的冻胀力监测传感器4，所述冻胀力监测管3上设置有多个供冻胀力监测传感器4安装的沉槽3-1，所述沉槽3-1为焊接在冻胀力监测管3内且一端封闭的圆管，所述冻胀力监测管3上开设有与所述圆管的开口端相匹配的测量口，所述沉槽3-1的槽壁上开设有一个供冻胀力监测传感器4的测量导线4-1穿过的通孔；
该方法包括以下步骤：
步骤一、冻胀力监测传感器的选型：根据所施工地铁的现场施工要求，选择能够在-30℃～50℃的低温环境下工作的微型电阻式土压力盒作为所施工地铁水平冻结的冻胀力监测传感器4；
实际使用时，冻胀力监测传感器4选用型号为XB-150且测量范围为0～3.5Mpa的微型电阻式土压力盒，该土压力盒为全桥模式，尺寸为27mm×10mm，体积较小，能够满足现场施作要求；同时，采用24位高分辨率的AD转换芯片，数据稳定可靠，受施工干扰较小。
需要说明的是，进行冻胀力监测传感器4的安装前，首先对冻胀力监测传感器4进行温度测试后，确保冻胀力监测传感器4能在-30℃～50℃的环境下使用，能够满足冻胀力测试的温度要求。
步骤二、安装冻胀力监测传感器：在每个所述沉槽3-1内均安装一个冻胀力监测传感器4，所述冻胀力监测传感器4的测量导线4-1通过沉槽3-1上的通孔引入至冻胀力监测管3内，并将测量导线4-1蜷绕在一起置于冻胀力监测管3的内侧，在冻胀力监测传感器4与沉槽3-1之间填充防水乳胶进行密封，在冻胀力监测传感器4的外侧粘贴防水胶带，通过防水乳胶将测量导线4-1与沉槽3-1的通孔的孔壁之间进行密封；
实际使用时，通过在冻胀力监测管3的外侧设置有多个供冻胀力监测传感器4安装的沉槽3-1，能够保证监测作业与正常施工作业的协调性，同时使得冻胀力监测传感器4损失率大大降低，进而确保施工进度不受影响。
需要说明的是，通过在冻胀力监测传感器4与沉槽3-1之间填充防水乳胶进行密封，能有效避免发生渗漏水，在冻胀力监测传感器4的外侧粘贴防水胶带，能够防止冻胀力监测传感器4浸水损坏。
步骤三、冻胀力监测管的水密性检测；
实际使用时，冻胀力监测管3的长度优选的为2m，为保证冻胀力监测管3上的沉槽3-1位置处在冻胀力监测管3跟管冲水钻进及打入地层后不发生漏水现象，需要提前对冻胀力监测管3进行密闭性检测。
步骤四、标记测温管孔位：在每个测温管2的设计位置处均进行测温管孔位的标记；地铁水平冻结区域内包括中心冻结管共有四圈水平冻结管，将中心冻结管视为最内圈的水平冻结管，最内圈的水平冻结管1与次内圈的水平冻结管1之间、以及次内圈的水平冻结管1与次外圈的水平冻结管1之间均布设有一个测温管2，次外圈的水平冻结管1与最外圈的水平冻结管1之间、以及最外圈的水平冻结管1的外圈均设置有两个测温管2；
实际使用时，最内圈的水平冻结管1只有一个，通过在最内圈的水平冻结管1与次内圈的水平冻结管1之间、次内圈的水平冻结管1与次外圈的水平冻结管1之间、次外圈的水平冻结管1与最外圈的水平冻结管1之间、以及最外圈的水平冻结管1的外圈均设置测温管2，同时在测温管2上连接冻胀力监测管3，可以根据测温管2位置的不同，来了解冻结壁内部冻胀应力及外部土压力的情况。
具体实施时，地铁水平冻结采用长壁杯形水平冻结方式，冻胀力监测管3位于长壁杯形的杯底冻结区域内；水平冻结杯身加固长度为9米，杯底为3米，水平冻结管1的总数为53个，按水平入土方式布置；其中，最外圈的水平冻结管1的数量为34个，长度为9.0m；次外圈、次内圈和中心冻结管的长度均为3m。
步骤五、冻胀力监测管随着测温管跟管钻进：所述测温管2包括两个装配式测温管节段，冻胀力监测管3连接在两个所述装配式测温管节段之间，每个装配式测温管节段均包括一个或多个测温管节段，在步骤四中标记的每个测温管孔位处，采用钻机将冻胀力监测管3与多个测温管节段按照设定顺序进行水平冲水跟管钻进，所述冻胀力监测管3位于长壁杯形冻土壁的杯底冻结区域内；
其中，相邻两个所述测温管节段之间焊接，所述冻胀力监测管3和与其相连的两个所述测温管节段之间均采用丝扣加焊接的方式固定；
实际使用时，通过将冻胀力监测管3连接在测温管2上，在进行测温管2的安装时，即可同时完成冻胀力监测管3的安装，能有效提高施工效率，不需要借助地连墙、管片等较大的作业面进行元件预埋，操作难度大大减小，可适用于多圈水平冻结形式的冻胀力监测。
需要说明的是，将冻胀力监测管3与现场测温管2采用外接箍加焊接的方式连成整体，降温后冲水跟管钻进，可以有效的控制冻胀力监测元件的埋设质量。
步骤六、数据采集：当测温管2整体钻进施工完成后，将冻胀力监测管3内的测量导线4-1从测温管2内拉出，并将测量导线4-1与应变数据采集仪6连接，每天通过应变数据采集仪6至少采集一次冻胀力监测数据。
实际使用时，通过在冻胀力监测管3上设置沉槽3-1安装冻胀力监测传感器4，同时使冻胀力监测传感器4的测量导线4-1置于测温管2内部，解决了冻结范围内无测试元件工作面、传输电缆保护、监测与施工协调性、监测作业风险等问题。
具体实施时，所述应变数据采集仪6优选的为静态电阻应变仪，能够将冻胀力监测传感器4测量到的冻胀力信号进行采集和存储。
本实施例中，所述冻胀力监测管3和测温管2均为圆管，所述冻胀力监测管3和测温管2的外径相同，所述沉槽3-1的槽口端焊接固定在冻胀力监测管3上开设的测量口上。
实际使用时，冻胀力监测管3和测温管2均采用φ89mm×8mm的20#低碳钢无缝钢管。
具体实施时，沉槽3-1不突出至冻胀力监测管3的外表面，所述冻胀力监测管3和测温管2呈同轴布设，冻胀力监测管3与水平冻结管1相互平行。
本实施例中，所述冻胀力监测管3上安装有四个冻胀力监测传感器4，四个所述冻胀力监测传感器4距地连墙5的距离分别为0.2m、0.6m、1m和1.4m。
实际使用时，四个冻胀力监测管3距地连墙5的距离均不相同，可提高冻胀力监测的准确性和可靠性。
本实施例中，步骤一中，将选择好的微型电阻式土压力盒在-30℃～50℃的低温试验箱里面进行灵敏度检测，确保微型电阻式土压力盒能够满足冻胀力测试的温度要求。
实际使用时，提前将选择好的微型电阻式土压力盒进行灵敏度检测，能有效保证冻胀力监测的可靠性，避免冻胀力监测传感器4测量精度不准而造成测量数据的不可靠。
本实施例中，步骤二中，冻胀力监测传感器4的尺寸与沉槽3-1的内部尺寸相适配。
实际使用时，冻胀力监测传感器4的测压面不突出至冻胀力监测管3的外侧，在能保证冻胀力监测可靠的同时，还能保证冻胀力监测管3的快速钻进，同时还能保证冻胀力监测传感器4的使用寿命。
本实施例中，步骤三中，进行冻胀力监测管的水密性检测时，将冻胀力监测管3的两端采用法兰、垫片及螺栓密封，在冻胀力监测管3的一端预留进水口，采用手动试压泵向冻胀力监测管3内冲水并缓慢增压，当冻胀力监测管3内的压力达到试验压力的50％时，若冻胀力监测管3无漏水，继续按试验压力的10％逐级升压，每级稳压2分钟，并对对冻胀力监测管3进行查漏，直至胀力监测管3内的压力试验压力，稳压5分钟，若冻胀力监测管3无漏水，则表明冻胀力监测管3的水密性良好。
实际使用时，对冻胀力监测管3进行水密性测试，能有效保证冻胀力监测管3上沉槽3-1位置处的焊缝质量、以及沉槽3-1上设置的供测量导线穿过的通孔处的密封效果，进而能有效避免在使用过程中，冻胀力监测管3发生渗漏水现象而导致冻胀力监测元件的损坏或异常。
本实施例中，步骤四中，次外圈的水平冻结管1与最外圈的水平冻结管1之间标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管1两侧，最外圈的水平冻结管1的外圈标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管1两侧。
实际使用时，最内圈的水平冻结管1的数量只有一个，称之为中心冻结管。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于，该方法采用的冻胀力监测装置包括连接在测温管(2)上的冻胀力监测管(3)和多个安装在冻胀力监测管(3)上的冻胀力监测传感器(4)，相邻两圈水平冻结管(1)之间和最外圈的水平冻结管(1)的外圈均设置有测温管(2)，所述冻胀力监测管(3)上设置有多个供冻胀力监测传感器(4)安装的沉槽(3-1)，所述沉槽(3-1)为焊接在冻胀力监测管(3)内且一端封闭的圆管，所述沉槽(3-1)的槽壁上开设有一个供冻胀力监测传感器(4)的测量导线(4-1)穿过的通孔；
该方法包括以下步骤：
步骤一、冻胀力监测传感器的选型：根据所施工地铁的现场施工要求，选择能够在-30℃～50℃的低温环境下工作的微型电阻式土压力盒作为所施工地铁水平冻结的冻胀力监测传感器(4)；
步骤二、安装冻胀力监测传感器：在每个所述沉槽(3-1)内均安装一个冻胀力监测传感器(4)，所述冻胀力监测传感器(4)的测量导线(4-1)通过沉槽(3-1)上的通孔引入至冻胀力监测管(3)内，并将测量导线(4-1)置于冻胀力监测管(3)内，在冻胀力监测传感器(4)与沉槽(3-1)的槽壁之间填充防水乳胶进行密封，在冻胀力监测传感器(4)的外侧粘贴防水胶带，通过防水乳胶将测量导线(4-1)与沉槽(3-1)的通孔的孔壁之间进行密封；
步骤三、冻胀力监测管的水密性检测；
步骤四、标记测温管孔位：在每个测温管(2)的设计位置处均进行测温管孔位的标记；
步骤五、冻胀力监测管随着测温管跟管钻进：所述测温管(2)包括两个装配式测温管节段，冻胀力监测管(3)连接在两个所述装配式测温管节段之间，每个装配式测温管节段均包括一个或多个测温管节段，在步骤四中标记的每个测温管孔位处，采用钻机将冻胀力监测管(3)与多个测温管节段按照设定顺序进行水平冲水跟管钻进，所述冻胀力监测管(3)位于长壁杯形冻土壁的杯底冻结区域；
其中，相邻两个所述测温管节段之间焊接，所述冻胀力监测管(3)和与其相连的两个所述测温管节段之间均采用丝扣加焊接的方式固定；
步骤六、数据采集：当测温管(2)整体钻进施工完成后，将冻胀力监测管(3)内的测量导线(4-1)从测温管(2)内拉出，并将测量导线(4-1)与应变数据采集仪(6)连接，每天通过应变数据采集仪(6)至少采集一次冻胀力监测数据。
2.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：所述冻胀力监测管(3)和测温管(2)均为圆管，所述冻胀力监测管(3)和测温管(2)的外径相同。
3.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：所述冻胀力监测管(3)上安装有四个冻胀力监测传感器(4)，四个所述冻胀力监测传感器(4)距地连墙(5)的距离分别为0.2m、0.6m、1m和1.4m。
4.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤一中，将选择好的微型电阻式土压力盒在-30℃～50℃的低温试验箱里面进行灵敏度检测，确保微型电阻式土压力盒能够满足冻胀力测试的温度要求。
5.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤二中，冻胀力监测传感器(4)的尺寸与沉槽(3-1)的内部尺寸相适配。
6.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤三中，进行冻胀力监测管的水密性检测时，将冻胀力监测管(3)的两端采用法兰、垫片及螺栓密封，在冻胀力监测管(3)的一端预留进水口，采用手动试压泵向冻胀力监测管(3)内冲水并缓慢增压，当冻胀力监测管(3)内的压力达到试验压力的50％时，若冻胀力监测管(3)无漏水，继续按试验压力的10％逐级升压，每级稳压2分钟，并对对冻胀力监测管(3)进行查漏，直至胀力监测管(3)内的压力试验压力，稳压5分钟，若冻胀力监测管(3)无漏水，则表明冻胀力监测管(3)的水密性良好。
7.按照权利要求1所述的一种基于地铁水平冻结的冻胀力监测方法，其特征在于：步骤四中，次外圈的水平冻结管(1)与最外圈的水平冻结管(1)之间标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管(1)两侧，最外圈的水平冻结管(1)的外圈标记的两个测温管孔位对称布设在最内圈的水平冻结管(1)两侧。
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