用于复杂地层条件下的盾构隧道现场水土压力监测方法与流程

本发明涉及地下盾构施工，尤其涉及一种用于复杂地层条件下的盾构隧道现场水土压力监测方法。

背景技术：

1、现有隧道设计施工过程中，明确隧道衬砌上的荷载大小和分布模式是进行盾构隧道衬砌设计的先决条件。现有计算方法普遍采用修正惯用法，但有学者指出了修正惯用法在复杂地层围岩压力计算中存在的问题，而且在隧道衬砌设计时往往会加大安全系数，设计往往偏于保守。因此，为使传统理论能较好契合各类地层地铁盾构隧道实际工程，避免造成较大的安全隐患和经济损失，开展地铁盾构隧道荷载作用模式(即管片所受水土压力)研究很有必要，不仅可为进一步研究盾构隧道结构受力响应规律奠定理论基础，同时可以更好地为后续隧道建设提供理论及实践依据。

2、为了探究地铁盾构隧道所受水土压力，毋庸置疑进行现场测试是最具参考价值的。目前常见的土压力测试元器件主要有电阻式、振弦式、压阻式土压力传感器以及柔性土压力计等，水压力测试元器件类似。但电阻式和压阻式土压力传感器由于其量程以及构造原理等因素的限制，适用于做室内土工模型试验测试，离心模型测试等，且其往往对场地用电有一定的需求，不宜做长期监测。传统的振弦式土压力计多用于公路、铁路隧道，在地层复杂的地质时无法较为精准的获取数据。故在应对复杂地层的盾构隧道时，柔性土压力计因为其精度高，量程大，高防水性及受温度影响小的特点被频繁采用。

3、针对盾构隧道，盾构机是在钢壳体保护下掘进隧道的一种设备，它由刀盘、刀具旋转切割地层，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，在壳体内拼装预制混凝土管片，盾尾同步注浆。由于这一特殊性，便不能同公路铁路隧道一样等其衬砌施作完成后再埋设元器件，因为盾尾脱出时，管片壁后已经注浆，与岩土体直接接触，没有多余空间埋设元器件，且管片和盾构机的钢壳体空隙非常小，如果元器件埋设在管片外表面，极易在盾尾脱出管片时被冲刷而导致仪器损坏甚至脱落。

4、同时，柔性土压力计本身由于其器件表面积较大且价格较为昂贵，如果直接预埋至盾构管片中，对管片的外形及质量可能会产生影响，同时可能在混凝土振捣中产生破坏而无法使用，导致经济损失。

5、因此，在复杂地层的盾构施工中，若能发明出一种能较好适用该施工条件下的水土压力测试方法，可以较大程度保证仪器的存活率并获取较为精确的监测数据。

技术实现思路

1、有鉴于此，为开发一种能较好适用该施工条件下的水土压力测试方法，能够较大程度保证仪器的存活率并获取较为精确的监测数据，本发明提供了一种用于复杂地层条件下的盾构隧道现场水土压力监测方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、一种用于复杂地层条件下的盾构隧道现场水土压力监测方法，包括如下步骤：

4、步骤(1)：将若干管片钢筋笼吊装至管片模具上，再将预埋底座和出线盒根据设计点位固定于若干管片钢筋笼上；

5、步骤(2)：将预埋底座内预留电缆线，其余的电缆线绑扎好，直至引到出线盒上；

6、步骤(3)：将穿过钢筋笼后多余的电缆端头埋在出线盒内；

7、步骤(4)：将管片钢筋笼浇注混凝土，具体可为：

8、将管片钢筋笼放入管片模板中，浇注混凝土，浇筑前作好预埋底座的预埋位置记录，画好位置图，以使测试仪器安装时易寻找预埋底座的预埋位置。

9、步骤(5)：步骤(4)浇筑完成后，经过养护处理达到预定強度后，在送往现场拼装前进行测试仪器的安装，安装时，拆下预埋的预埋底座，从中取出电缆线，测量电缆线是否预埋成功，若成功则进行测试仪器的安装工作，若电缆埋设失败，应取消测试仪器的安装；

10、步骤(6)：将预埋底座取出后，对表面进行找平、清洗，将测试仪器安装至预埋底座拆除后形成的预留点位上；

11、步骤(7)：将若干个浇注混凝土后的管片钢筋笼拼装形成管片环，运至实际盾构隧道工程进行现场测试，再采用智能读数仪接线进行量测。

12、优选地，所述预埋底座包括：

13、金属板；

14、传感器安装筒，其设置于所述金属板下端；

15、固定螺杆，其一端固定于所述金属板下端，另一端用于固定至所述管片钢筋笼上。

16、优选地，步骤(1)中，预埋底座通过固定螺杆与管片钢筋笼进行焊接，焊接前控制金属板，距离盾构管片的混凝土外弧面1cm以内；再将出线盒焊接至若干管片钢筋笼上，控制出线盒底部与盾构管片的混凝土内弧面1cm以内。

17、优选地，步骤(2)具体为：

18、将预埋底座内预留电缆线，电缆线端头均作防水处理，其余的电缆线引出顺着钢筋笼下方绑扎好，直至引到出线盒，从预埋底座到出线盒之间的电缆绑扎牢实，电缆线的穿线孔处使用遇水膨胀的橡胶止水封口，出线盒使用橡胶封口。

19、优选地，步骤(3)具体为：

20、将穿过管片钢筋笼后多余的电缆端头作防水处理后用泥土或橡皮泥埋在出线盒内，出线盒使用橡胶封口。

21、优选地，步骤(4)具体为：

22、将管片钢筋笼放入管片模板中，浇注混凝土，浇筑前作好预埋底座和出线盒的预埋位置记录，画好位置图，以使测试仪器安装时易寻找预埋底座和出线盒的预埋位置。

23、优选地，步骤(5)中，分别用万用表和兆欧表测量电缆线，无断路且绝缘大于50兆欧时，电缆线预埋成功，可进行测试仪器的安装工作，若电缆线埋设失败，应取消测试仪器的安装。

24、优选地，步骤(6)具体为：

25、将预埋底座取出后，对表面进行找平处理，并用酒精进行清洗，将测试仪器的电缆线与预埋底座内的预留电缆线连接，作好防水绝缘处理，而后将测试仪器涂上配好的环氧胶，待胶干且不流动时，将测试仪器粘贴在预埋底座拆除后形成的预留点位，最后用固定框架压紧，扭紧所有固定螺丝，周边用快干水泥沙浆填平，安装完成。

26、优选地，所述测试仪器包括柔性土压力计和渗压计，所述柔性土压力计包括：

27、安装板，其上设置有柔性土压力计传感器；

28、固定框，其用于将所述安装板固定于所述固定螺杆上；

29、所述柔性土压力计传感器位于所述传感器安装筒内。

30、优选地，所述出线盒为有顶板，无底板的金属盒，所述顶板上预留开孔。

31、本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

32、1)本发明提供的用于复杂地层条件下的盾构隧道现场水土压力监测方法，通过提前布置可预埋式预埋底座，待管片浇筑成型后，在预埋底座的预留点位安装测试仪器，能较好适用该施工条件下的水土压力测试方法，能够较大程度保证仪器的存活率并获取较为精确的监测数据，能够减少直接预埋测试仪器对管片浇筑质量的影响，同时降低在浇筑过程中测试仪器损坏的风险。

33、2)本发明在预埋底座的基础上进行测试仪器安装，确保其测量面与盾构管片弧面平齐，可避免测试仪器在管片脱出盾尾时被地层冲刷而导致损坏或者脱落。同时，根据地层的复杂情况，灵活选用测试仪器，加强现场监测的准确度。

34、3)通过提前预埋预埋底座，而不是将测试仪器直接预埋，避免测试仪器在预埋阶段的损坏；

35、4)可根据预埋电缆是否断路从而决定是否在该点位布置测试仪器，避免仪器的使用浪费

36、5)根据地层条件情况，对测试仪器进行调整，提升对复杂地层的适应性；

37、6)通过将预埋底座焊接于盾构隧道各管片钢筋笼构成的骨架上，浇筑后安装测试仪器时，确保其测量面与弧面平齐，可避免测试仪器在盾尾脱出管片时被冲刷而导致损坏或者脱落。