[发明专利]一种盾构管片上浮监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种盾构管片上浮监测装置,其特征在于：包括监测装置(1)和盾构管片(2)，监测装置(1)设置于盾构管片(2)内壁上侧；

所述的监测装置(1)包括设置于保护盒(1-6)内部的传感器模块、处理器模块、电源管理模块(1-5)，电源管理模块(1-5)为传感器模块和处理器模块提供供电，传感器模块包括加速度传感器(1-1)和倾角传感器(1-2)，处理器模块包括微处理单元(1-3)和无线通讯单元(1-4)，加速度传感器(1-1)和倾角传感器(1-2)与微处理单元(1-3)电连接，微处理单元(1-3)的输出端与无线通讯单元(1-4)电连接，无线通讯单元(1-4)与上位监测终端实现通讯。

2.根据权利要求1所述的一种盾构管片上浮监测装置，其特征在于：所述的监测装置(1)通过热熔胶片(3)固定于盾构管片(2)内侧壁上。

3.上述权利要求1、2任意一项所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、上浮监测装置组装：将监测装置(1)的各个配件组装成型；

S2、上浮监测装置编号：按照顺序给监测装置(1)编号，以便后续数据储存与分析；

S3、上浮监测装置安装：通过加热热熔胶片(3)将监测装置(1)固定于待监测的盾构管片(2)内壁顶部，并确人加速度传感器(1-1)和倾角传感器(1-2)处于正常工作状态；

S4、数据采集及传输：加速度传感器(1-1)和倾角传感器(1-2)自动采集数据，测得某环盾构管片(2)竖向加速度数据为a(t)、扭转倾角数据为α(t)，将数据传输给微处理单元(1-3)，经过微处理单元(1-3)处理的数据由无线通讯单元(1-4)实时传送至上位监测终端；

S5、上浮量计算及预测：上位监测终端接收数据，实时计算监测盾构管片(2)的真实上浮量H(t)，判断盾构管片(2)上浮状态，并对下一阶段盾构管片(2)上浮进行预测；

S6、设定报警阈值：在上位监测终端分别设定盾构管片(2)的真实上浮量H(t)、上浮速率v(t)和错台量L的报警阈值，超过该阈值时自动发出预警，以便及时采取控制措施；

S7、上浮监测装置重新利用：盾构管片(2)上浮保持稳定后，加热热熔胶片(3)使其融化，取下监测装置(1)，对监测装置(1)重新编号后，将其再次安装于其他待监测盾构管片(2)内壁顶部，如此循环。

4.根据权利要求3所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的步骤S4中竖向加速度数据a(t)为

a(t)＝f(t)+ξ

其中，ξ为测量误差。

5.根据权利要求4所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的步骤S6中上浮速率v(t)为

v(t)＝∫f(t)dt+ξt+η

其中，η为常数。

6.根据权利要求5所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的盾构管片(2)实时上浮量h₁(t)为：

其中，t为时间，ξ为测量误差，η与ε为常数。

7.根据权利要求6所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的盾构管片(2)扭转造成的高程变化h₂(t)为

h₂(t)＝R(1-sin(90°-α(t)))

其中，R为盾构管片(2)内径。

8.根据权利要求7所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的步骤S5中盾构管片(2)的真实上浮量H(t)为：

9.根据权利要求8所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于：所述的盾构管片(2)的错台量L为

L＝H₁(t)-H₂(t)

其中，H₁(t)为某一环的上浮量，H₂(t)为后一环的上浮量。

10.根据权利要求5所述的一种盾构管片上浮监测装置的监测方法，其特征在于所述的步骤S5中判断盾构管片(2)上浮状态的方法为：

当a(t)＞0且v(t)≥0时，说明盾构管片(2)具有加速上浮的趋势，若此时已有上浮量已经较大，则需及时采取有效的抗浮措施，避免隧道轴线偏差；

当a(t)＞0且v(t)＜0时，说明盾构管片(2)具有减速下沉、随后可能再次加速上浮的趋势，此时可不采取抗浮措施；

当a(t)＜0且v(t)≤0时，说明盾构管片(2)具有加速下沉的趋势，但该状态较为少见；

当a(t)＜0且v(t)＞0时，说明盾构管片(2)具有减速上浮、随后可能再次加速下沉的趋势，若此时上浮量与限值尚有一定距离，也可不采取抗浮措施。