一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置的制作方法

本发明涉及一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置。

背景技术：

1、随着地下空间的不断开发，工程中盾构隧道下穿河流的施工工况时常出现。同步注浆的效果为掘进过程中地层变形大小的关键影响因素。注浆法是通过注浆管将具备流动性、充填性和胶结性等的一种或多种注浆材料，按一定比例注入软弱土体中，使灌浆液与原松散土粒形成整体胶结，从而提高原状土的强度和控制土体沉降。注浆压力是指注入孔附近的压力，若压力过大，会导致地面隆起以及管片的破坏，造成浆液外溢；反之，注浆压力太小会导致浆液填充速度赶不上空隙形成速度，进而造成地面沉陷。下穿河流的盾构隧道注浆压力受河流和河堤起伏等因素共同影响，其幅值和位置变化复杂，同一测点不同位置处数值梯度亦不同，传统的注浆监测难以实时反馈，注浆方案难以确定。

2、在现有下穿河流隧道施工过程中，由于在隧道掘进过程中上覆土体厚度受河流影响会不断发生变化，隧道拱顶的竖向压应力也会随之改变，同时受河域段地层中地下水的影响较大，导致注浆压力不易控制，特别是在浅覆土越河区段，需对上覆土抗浮能力进行评估。所以在穿越河流时，应及时调整注浆压力的大小，切不可使较大的注浆压力作用在河底围岩上，以防止河底覆土发生太大的隆起造成土体破坏而引发工程事故。在以往工程中，由于盾构管片预留注浆孔位的限制，限制了注浆压力监测的范围，原有的注浆监测装置只能对加固注浆孔附近小范围且固定位置处的注浆压力进行监测，并且无有效措施对于异常注浆压力梯度进行主动控制。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，注浆压力监测范围更大，并具备对监测范围内异常注浆压力主动调控的能力，为更好地控制由于注浆压力引起的地面隆起和沉降提供可靠保障。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其结构特点是：

4、整体呈伞状结构，伞柄部分由顺着注浆方向串接的主监测通道与中心监测通道组成，多个支监测通道作为伞面骨架，由驱动机构驱动、通过沿伞柄可直线往复滑移的滑套带动、经多个连杆的牵拉能够收拢或张开，盾构管片上按设定间距开设多个注浆检测孔，多个支监测通道收拢时，装置整体能够自注浆检测孔穿过盾构管片，插入注浆孔位中；环绕伞柄中轴线的圆周等分为与支监测通道相等数量的多个分区，各支监测通道分处各分区内，每个分区内对应的支监测通道配置一组摆动机构，通过摆动机构驱动能够环绕伞柄中轴线在所在分区内往复摆动，每个支监测通道对应一根连杆，所述连杆一端与支监测通道铰接，另一端与滑块铰接，所述滑块滑动配合在滑套顶部的环形滑槽内，连杆通过滑块与环形滑槽之间的滑动配合能够在对应支监测通道摆动时保持随动；

5、注浆主管道贯穿主监测通道与中心监测通道，一端与外部相通，用于外部浆液的输入或内部浆液的外排，各支监测通道均是，沿通道全长内置并联的注浆支管与排浆支管，注浆支管与排浆支管位于支监测通道自由端的一侧管端封闭，另一侧管端汇聚形成连接支管，注浆支管与排浆支管之间通过多个浆液流通口相接，与浆液流通口的相接处之间分别设置注浆阀门与排浆阀门，所述浆液流通口与外部相通，多个浆液流通口沿支监测通道长向间隔排布，所述支监测通道上还设有多个压力传感器，用于检测所处位置的浆液压力值，多个压力传感器沿支监测通道长向间隔排布，与多个浆液流通口呈交错分布；所述注浆主管道另一端按照各连接支管的位置分布对应形成多路分支，分别与各连接支管相连通，各连通处分别设置支路阀门。

6、本发明的结构特点也在于：

7、所述驱动机构为直线模组，外置于主监测通道外，执行端与滑套相连，用于带动套设在主监测通道与中心监测通道外的滑套做直线往复滑移，所述滑套顶部环设一圈环形滑槽，所述环形滑槽内对应于每个连杆配置一个滑块，所述滑块环绕伞柄中轴线可滑动地配合于环形滑槽内，外露于环形滑槽外的部分与连杆相铰接，所述连杆另一端与支监测通道下端部底部相铰接。

8、所述主监测通道、中心监测通道、各支监测通道均为中空壳体结构。

9、所述摆动机构内置于中心监测通道内，包括摆动电机、主动齿轮、从动齿轮，所述主动齿轮轮轴与伞柄中轴线平行，由摆动电机驱动绕轮轴中轴线可回转，所述从动齿轮为不完全齿轮，轮齿与所述主动齿轮相啮合，所述不完全齿轮的轮轴沿径向朝向对应支监测通道延伸形成连接臂，通过连接臂与所述支监测通道相铰接。

10、所述不完全齿轮的轮齿所在圆弧对应圆心角与所述分区在所在圆周对应圆心角的角度相适配。

11、所述压力传感器为薄膜式压力传感器，各阀门为电控阀门，用于控制所在位置管路的通断。

12、所述支监测通道设有4个，环绕伞柄中轴线的圆周等分为4个分区，各分区对应圆心角角度为90°，各支监测通道在所在分区内通过摆动机构驱动在90°范围内可往复摆动。

13、盾构管片上按3-5米的间隔开设多个注浆检测孔。

14、各支监测通道上，相邻两压力传感器之间间距0.25-0.5米。

15、与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

16、1、本发明的可监测范围更广，实现对监测范围内注浆压力连续、实时的可靠监测；

17、装置整体呈伞状，将环绕主监测通道与中心监测通道的各支监测通道分布在土体内，通过在各支监测通道上沿通道长向设置多个压力传感器，在支监测通道由摆动机构驱动在所在分区内往复摆动的过程中，利用压力传感器对隧道施工注浆过程中高频多变的注浆压力进行监测，一方面可将监测范围扩大至整个“伞面”区域，另一方面实现了监测的实时与连续；

18、2、本发明可用于对监测范围内土体注浆压力的主动控制；

19、通过贯穿主监测通道及中心监测通道的注浆主管道与各支监测通道内的注浆支管、排浆支管分别相通，相接处设置阀门，并在注浆支管与排浆支管之间衔接与外部土体相通的浆液流通口，衔接处分别设置阀门，基于各压力传感器所监测的注浆压力数据，利用压力信号接收器与控制器对其进行接收并与预设压力值进行比对分析，依据分析结果，由控制系统控制对应摆动机构带动相应的支监测通道在所在分区内摆动至压力异常位置，通过注浆支管道与注浆支管经浆液流通口向土体注浆，或通过浆液流通口经排浆支管与注浆支管到向外部排浆，对土体局部区域注浆压力的补充或释放，实现准确和智能地对监测范围内注浆压力的监测与主动控制，有效控制隧道开挖过程中地表的隆起和沉降，有利于进一步提高下穿河流隧道注浆施工质量；

20、3、可重复使用，易于生产组装与实施操作，适宜推广应用。

技术特征：

1.一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：

2.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述驱动机构为直线模组，外置于主监测通道外，执行端与滑套相连，用于带动套设在主监测通道与中心监测通道外的滑套做直线往复滑移，所述滑套顶部环设一圈环形滑槽，所述环形滑槽内对应于每个连杆配置一个滑块，所述滑块环绕伞柄中轴线可滑动地配合于环形滑槽内，外露于环形滑槽外的部分与连杆相铰接，所述连杆另一端与支监测通道下端部底部相铰接。

3.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述主监测通道、中心监测通道、各支监测通道均为中空壳体结构。

4.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述摆动机构内置于中心监测通道内，包括摆动电机、主动齿轮、从动齿轮，所述主动齿轮轮轴与伞柄中轴线平行，由摆动电机驱动绕轮轴中轴线可回转，所述从动齿轮为不完全齿轮，轮齿与所述主动齿轮相啮合，所述不完全齿轮的轮轴沿径向朝向对应支监测通道延伸形成连接臂，通过连接臂与所述支监测通道相铰接。

5.根据权利要求4所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述不完全齿轮的轮齿所在圆弧对应圆心角与所述分区在所在圆周对应圆心角的角度相适配。

6.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述压力传感器为薄膜式压力传感器，各阀门为电控阀门，用于控制所在位置管路的通断。

7.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：所述支监测通道设有4个，环绕伞柄中轴线的圆周等分为4个分区，各分区对应圆心角角度为90°，各支监测通道在所在分区内通过摆动机构驱动在90°范围内可往复摆动。

8.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：盾构管片上按3-5米的间隔开设多个注浆检测孔。

9.根据权利要求1所述的下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，其特征是：各支监测通道上，相邻两压力传感器之间间距0.25-0.5米。

技术总结本发明提供了一种下穿河流隧道的伞状注浆压力监测及压力主动控制装置，整体呈伞状结构，伞柄部分由顺着注浆方向串接的主监测通道与中心监测通道组成，多个支监测通道作为伞面骨架，能够收拢或张开，收拢时装置整体能够穿过盾构管片插入注浆孔位中；环绕伞柄中轴线的圆周等分为与支监测通道等量的多个分区，各支监测通道分处各分区内，能够在所在分区内往复摆动；注浆主管道与各支监测通道内的注浆支管与排浆支管相通，注浆支管与排浆支管通过之间的多个浆液流通口与外部相通，支监测通道上设有多个压力传感器。本发明的注浆压力监测范围更大，并具备对监测范围内异常注浆压力主动调控的能力。技术研发人员：曾湖清,卢姗青,陈国银,阳帅,金国强,代珂,刘龑,张美英,未其辉受保护的技术使用者：中铁北京工程局集团城市轨道交通工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18