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压力监测装置和监测隧道衬砌混凝土的压力的方法
【专利摘要】本发明涉及一种压力监测装置和监测隧道衬砌混凝土的压力的方法，该压力监测装置用于隧道衬砌混凝土，并包括：内部密封式设置有流体的容器，容器包括与隧道衬砌混凝土的下表面接触的第一元件，以及与第一元件相扣合而形成容器的第二元件，在第二元件上设置有注入口和连接口，密封式设置在注入口的盖子，密封式设置在连接口处的压力传感器，压力传感器构造为能感应容器中的流体的压力。该压力监测装置能随时准确地监测混凝土灌注压力，以助于判断混凝土的灌注高度。
【专利说明】压力监测装置和监测隧道衬砌混凝土的压力的方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土隧道施工【技术领域】，尤其是涉及一种压力监测装置和监测隧道衬砌混凝土的压力的方法。

【背景技术】
[0002]随着国民经济的发展，隧道施工技术在水利水电、交通等工程中广泛应用。隧道施工过程中，须保证隧道施工质量，减小病害发生，以确保隧道安全性、耐久性及其使用性能。
[0003]目前隧道衬砌施工多为隐蔽工程，施工质量控制困难。由于施工不规范、监控技术手段落后等原因，常造成衬砌厚度不足等缺陷，。影响隧道结构的整体强度及耐久性，造成工程隐患，甚至引起严重的工程事故。因此，加强施工管理，监测混凝土衬砌厚度已经迫在眉睫。
[0004]然而，在实际的混凝土衬砌施工过程中，基本上靠人工测量混凝土灌注厚度。这种监测方法不仅非常不准确，而且费时、劳动强度大。再加上混凝土与泥浆之间浮浆层的存在，使得测量结果误差较大。


【发明内容】

[0005]针对现有技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种压力监测装置和监测隧道衬砌混凝土的压力的方法，这种压力监测装置能够准确测量施工过程中的衬砌混凝土压力，从而得知混凝土灌注厚度，以判断混凝土的厚度是否达到设计要求。
[0006]根据本发明的一方面，提出了一种压力监测装置，其用于隧道衬砌混凝土，该压力监测装置包括:
[0007]内部密封式设置有流体的容器，容器包括与隧道衬砌混凝土的下表面接触的第一元件，以及与第一元件相扣合而形成容器的第二元件，在第二元件上设置有注入口和连接0，
[0008]密封式设置在注入口的盖子，
[0009]密封式设置在连接口处的压力传感器，压力传感器构造为能感应容器中的流体的压力。
[0010]由此，在将压力监测装置固定后，第一元件能接触隧道衬砌的下表面。在模筑混凝土衬砌施工过程中，随着衬砌厚度的变化，容器内的流体压力随之变化。通过压力传感器可监测此压力。当监测压力等于衬砌设计厚度所得的目标压力时，衬砌混凝土灌注的厚度达到设计厚度。
[0011]在一个实施例中，第一元件设置为圆桶状，并在其开口端的侧壁的端面上设置凸起部，第二元件构造为圆桶状，并在其开口端的侧壁的端面上设置用于容纳凸起部的周向的定位槽。通过这种设置很容易将第一元件和第二元件组装起来形成容器，并且这种结构有助于在第一元件和第二元件之间设置密封件。另外，这种设置结构简单，易于实现。
[0012]在一个实施例中，第一元件的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的底壁的厚度为4-8毫米。此底壁是指与衬砌混凝土接触的第一元件的壁。这种设计厚度的第一元件的底壁能敏感地反应于衬砌混凝土厚度的变化，保证测量的准确性。同时预留有一定磨损量，在清理上次使用后的混凝土等残留物时，不影响容器的继续使用。由此，这种设计的第一元件能重复多次使用，减低了操作成本。
[0013]在一个实施例中，压力监测装置包括能容纳容器的隔离套和与隔离套固定连接的连接件，其中，第一元件的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的端面突出于隔离套，压力传感器能延伸出隔离套。通过这种设置可通过连接件将容器设置在衬砌台车的顶模板上，保证容器稳定地工作。同时，设置的隔离套保护了其中的容器，避免了容器受到外因素干扰而影响其监测精度。另外，具有这种结构的压力监测装置在与隧道衬砌台车连接时，操作简单，连接牢固，从而有助于保证测量精度。
[0014]在一个实施例中，隔离套构造为圆筒状，下端设置有用于限制容器的轴向位置的限位部，和/或连接件构造为由隔离套的侧壁延伸出的对称的条状板。该结构简单，易于制造安装。
[0015]在一个实施例中，在隔离套和容器之间设置隔热材。优选地，隔热材由石棉制成。通过这种设置使得容器不受外界环境影响，从而保证监测精度。即使是在将连接件焊接到隧道衬砌台车的顶模板上时，这种设置也避免了热量传递到容器上而影响测量精度。
[0016]在一个实施例中，压力监测装置还包括与压力传感器电连接的无线传感发射器和用于接收无线传感发射器的信号的接收器。通过这种设置，避免了只能在现场观测压力值，并保证了能实时得到监测压力。
[0017]压力监测装置还包括与接收器相连接的处理器，处理器构造为能将压力值换算为隧道衬砌混凝土的厚度。通过这种设置，能将压力传感器测量所得的压力值转换为隧道衬砌混凝土的厚度值。由此，这样使得监测结果可读性更强，更能准确直接地反应施工进展。
[0018]根据本发明的另一方面，提供一种监测隧道衬砌混凝土的压力的方法，该方法包括以下步骤:
[0019]步骤一，在衬砌台车的顶模板端面处的顶模板的拱顶区域内设置安装孔，
[0020]步骤二，将根据上述的压力监测装置固定连接在衬砌台车的顶模板上，使第一元件的上表面穿过安装孔与衬砌台车的顶模板的上表面位于同一平面，
[0021]步骤三，灌注混凝土，并在施工过程中，由压力传感器读取数据。
[0022]在隧道施工过程中，由于隧道衬砌台车的顶模板的拱顶区域位置最高，并且，在顶模板的端面处，其距离混凝土泵入口最远。从而，只要在顶模板端面处的顶模板的拱顶区域内，混凝土灌满，则整个隧道衬砌混凝土灌注厚度达到设计要求。因此，只要监测到设置在上述的安装孔处的压力监测装置所示的监测压力达到设计压力，就可判断，衬砌混凝土灌注厚度达到设计要求。同时，上述方法能方便地得到施工过程中的衬砌混凝土的压力值，有助于方便、准确地作出判断。
[0023]在一个实施例中，在步骤一中，还可在隧道台车的顶模板的拱顶上沿垂直隧道断面的方向设置多个安装孔。通过这种方法，避免了监测数据的随机性，充分保证了监测数据的准确性和可靠性。
[0024]与现有技术相比，本发明的优点在于，该压力监测装置能随时监测混凝土的压力，从而推断出灌注厚度。并且将这种监测结果准确，避免了现在技术中监测费时劳动强度大的问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0025]下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述。在图中:
[0026]图1显示了根据本发明的压力监测装置的结构图。
[0027]附图并未按照实际的比例绘制。

【具体实施方式】
[0028]下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0029]图1示意性地显示了根据本发明的压力监测装置100。如图1所示，该压力监测装置100包括容器1，容器1内部密封式设置有流体。此容器1包括第一元件11和第二元件12。第一元件11用于与隧道衬砌混凝土的下表面接触。而第二元件12与第一元件11 一起扣合连接而形成容器1。并且在第二元件12的下表面上设置有注入口 13和连接口 14。在注入口 13处密封式设置盖子15，以密封容器1。在连接口 14处密封式设置压力传感器16，以感应容器1中的流体的压力。
[0030]在隧道衬砌施工过程中，可以根据已知的混凝土的容重，计算出混凝土充满隧道衬砌台车和需要支护的隧道之间后的目标压力？。由此，在将压力监测装置100固定后，使第一元件11接触隧道衬砌混凝土的下表面。随着施工的进行，衬砌混凝土的厚度随之变化，则容器1内的流体压力亦随之变化。可通过压力监测装置100的压力传感器16获得此监测压力当监测压力？等于目标压力？时，衬砌混凝土灌注的厚度达到设计厚度。当然还可根据实时监测压力？和已知的混凝土的容重，计算出实时的衬砌混凝土灌注的厚度，以监测并指导现场施工。
[0031]根据本发明，第一元件11构造为圆桶状。第二元件12也构造为圆桶状，并与第一元件11扣合在一起。在第一元件11的开口端的侧壁的端面上设置凸起部17。相对应地，在第二元件12开口端的侧壁的端面上设置定位槽18。在第一元件11和第二元件12扣合时，凸起部17容纳于定位槽18中。由此，在组装容器1的过程中，上述设置能保证很容易地将第一元件11安放在第二元件12上，简化了定位。需要说明地是，第一元件11和第二元件12的连接方式并不唯一。例如，可以采用螺纹连接，也可以采用卡扣连接，但均应落入本发明的保护范围。
[0032]为保证容器1的密封性，在定位槽18中还设置有密封件19，用以实现第一元件11和第二元件12之间的密封。优选地，密封件19可以为硅胶密封圈。
[0033]优选地，容器1中的流体为压力油，例如可以为防冻机油。组装过程中，压力油可通过注入口 13注入容器1中，空气由连接口 14排出，直至压力油充满整个容器1。之后，用盖子15将注入口 13密封式盖合。而连接口 14由压力传感器16密封式盖合。
[0034]为保证测量的准确性，在一个优选的实施例中，第一元件11的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的底壁的厚度为4-8毫米。例如，第一元件11的底壁的厚度为6毫米。这种厚度的第一元件11的底壁能敏感地反应于衬砌厚度的变化，并传递衬砌混凝土压力，从而保证测量结果的精确性。此外，在隧道衬砌筑模之前，需要打磨隧道衬砌台车的顶模板的表面，以清理上次使用后的混凝土等残留物。而固定设置在隧道衬砌台车的顶模板上的第一元件11也需要清理。由此，第一元件11的底壁需要预留一定磨损量，使其在清理后，不影响容器I的继续使用。由此，这种设计的第一元件11保证测量精度的同时，能重复多次使用。
[0035]根据本发明，在容器I的外部设置用于容纳其的隔离套2，并在隔离套2上设置有连接件3。隔离套2构造为圆筒状，并在其下端设置径向延伸的限位部21，用于将容器I限制在隔离套2内。同时，限位部21并未占满整个圆筒状隔离套2的端面，而是具有孔22。孔22能使压力传感器16穿过而与容器I连接。并且，孔22使限位部21并不遮挡注入口13，以方便向容器I内灌注压力油。第一元件11的上端面(也就是第一元件11的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的底壁端面)突出于隔离套2，以能保证第一元件11的上端面在安装后与衬砌台车的顶模板的上表面在同一平面。
[0036]连接件3可以构造为由隔离套2上径向延伸出的条状件。而为保证连接件3与顶模板连接的牢固性，在隔离套2的周向上可设置多个连接件3，并且连接件3在圆周方向上均匀分布。由此，在将容器I设置到隔离套2中后，将连接件3与隧道衬砌台车的顶模板连接，可以实现容器I稳定地固定连接在隧道衬砌台车上。
[0037]为能方便简单地将连接件3设置在顶模板上，可以采用焊接的方式。为了避免在焊接过程中，由于焊接加热扰动容器I中的流体而影响压力监测装置100的监测精度，在隔离套2和容器I之间设置隔热材4。优选地，隔热材4由石棉制成。由此，保护容器I不受外界环境影响，保证了监测精度。即使是在将连接件3焊接到隧道衬砌台车的顶模板上时，热量也不会传递到容器I上。
[0038]压力监测装置100还包括与压力传感器16电连接的无线传感发射器20和用于接收无线传感发射器20的信号的接收器(图中未示出)。通过这种设置，避免了只能在现场观测压力值，并保证了能实时准确地得到监测压力。
[0039]在一个实施例中，压力监测装置100还包括与接收器相连接的处理器(图中未示出)，处理器构造为能将压力值换算为隧道衬砌混凝土的厚度。在处理器接受到压力传感器16所测的压力值后，将此压力值换算为隧道衬砌混凝土的厚度值。由此，使施工技术人员更能清楚地、直观地获得隧道衬砌的施工进展。
[0040]需要说明地是，压力监测装置100还包括用于保护压力传感器16的外壳5。由图1所示，外壳5与第二元件12连接。压力传感器16、注入口 13和无线传感发射器20容纳在外壳5内。为拆卸方便，例如，外壳5与第二元件12可以为螺纹连接。
[0041]下面根据图1，详细描述监测隧道衬砌混凝土的压力的方法。该方法包括以下步骤:
[0042]首先，在衬砌台车的顶模板端面处的顶模板的拱顶区域内设置安装孔。再次，将压力监测装置100固定连接在衬砌台车的顶模板上，使第一元件11的上表面穿过安装孔与衬砌台车的顶模板的上表面位于同一平面。最后，灌注混凝土，并在施工过程中，由压力传感器16处读取压力值。优选地，还可通过接收器收集实时数据。
[0043]通过上述的方法，只要压力监测装置100所示的监测压力P达到设计压力P，就可判断衬砌混凝土灌注厚度达到设计要求。因此，上述方法能方便地得到施工过程中的衬砌混凝土的压力值，有助于方便、准确地判断衬砌混凝土是否达到设计厚度。
[0044]如果在隧道衬砌台车上只设置一个压力监测装置100，有可能会发生压力监测装置100损坏而使数据失真的问题。还有可能出现，人为在压力监测装置100设置处加压而造成的混凝土灌注满的假象。由此，为了避免上述问题的出现，保证监测数据的准确性。在隧道台车的顶模板的拱顶上，并沿垂直隧道断面的方向设置多个安装孔。因此，可通过多个压力监测装置100保证监测的可靠性。
[0045]需要注意地是，在本文中，方位用语“上” “下”与隧道的方向为参照。
[0046]以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种压力监测装置，其用于隧道衬砌混凝土，其特征在于，包括: 内部密封式设置有流体的容器，所述容器包括与隧道衬砌混凝土的下表面接触的第一元件，以及与所述第一元件相扣合而形成所述容器的第二元件，在所述第二元件上设置有注入口和连接口， 密封式设置在所述注入口的盖子， 密封式设置在所述连接口处的压力传感器，所述压力传感器构造为能感应所述容器中的流体的压力。
2.根据权利要求1所述的压力监测装置，其特征在于，所述第一元件设置为圆桶状，并在其开口端的侧壁的端面上设置凸起部，所述第二元件构造为圆桶状，并在其开口端的侧壁的端面上设置用于容纳所述凸起部的周向的定位槽。
3.根据权利要求1或2所述的压力监测装置，其特征在于，所述第一元件的底壁的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的厚度为4-8毫米。
4.根据权利要求1或2所述的压力监测装置，其特征在于，还包括能容纳所述容器的隔离套和与所述隔离套固定连接的连接件，其中，所述第一元件的与隧道衬砌混凝土的下表面接触的底壁端面突出于所述隔离套，所述压力传感器能延伸出所述隔离套。
5.根据权利要求4所述的压力监测装置，其特征在于，所述隔离套构造为圆筒状，下端设置有用于限制所述容器的轴向位置的限位部，和/或所述连接件构造为由所述隔离套的侧壁延伸出的对称的条状板。
6.根据权利要求4所述的压力监测装置，其特征在于，在所述隔离套和所述容器之间设置隔热材。
7.根据权利要求6所述的压力监测装置，其特征在于，所述隔热材由石棉制成。
8.根据权利要求1所述的压力监测装置，其特征在于，还包括与所述压力传感器电连接的无线传感发射器和用于接收所述无线传感发射器的信号的接收器。
9.根据权利要求8所述的压力监测装置，其特征在于，还包括与所述接收器相连接的处理器，所述处理器构造为能将所述压力值换算为隧道衬砌混凝土的厚度。
10.一种监测隧道衬砌混凝土的压力的方法，包括以下步骤: 步骤一，在衬砌台车的顶模板端面处的顶模板的拱顶区域内设置安装孔， 步骤二，将根据权利要求1到9中任一项所述压力监测装置固定连接在衬砌台车的顶模板上，使所述第一元件的上表面穿过所述安装孔与衬砌台车的顶模板的上表面位于同一平面， 步骤三，灌注混凝土，并在施工过程中，由所述压力传感器读取数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤一中，还可在所述隧道台车的顶模板的拱顶上沿垂直隧道断面的方向设置多个所述安装孔。
【文档编号】G01L11/00GK104483061SQ201410837534
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】张千里, 蔡德钩, 闫鑫, 马伟斌, 陈锋, 付兵先, 刘杰, 郭小雄, 牛亚斌, 刘艳青, 张民庆, 朱忠林, 王仲锦, 程爱军, 史存林, 熊建珍, 梁月英 申请人:中国铁道科学研究院铁道建筑研究所