盾構殼體溫度場監測系統的製作方法
2023-06-08 03:12:06 1
專利名稱：盾構殼體溫度場監測系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於溫度測量技術領域，涉及用於盾構隧道施工中溫度測量的系統，尤其是一種盾構殼體溫度場監測系統。
背景技術：
人工地層凍結法(簡稱「凍結法」)是利用人工製冷技術，使地層中的水結冰，把天然巖土變成凍土，增加其強度和穩定性，作為一種支護結構，隔絕地下水與地下工程的聯繫，其實質是利用人工製冷臨時改變巖土性質以加固地層。由於其具有適應性強、強度高、 隔水性能好、環境影響小等優點，廣泛應用於礦井、隧道、基坑工程、盾構始發和接收、聯絡通道等多種工程。近年來，隨著城市地鐵隧道的發展，凍結法在盾構始發和接收施工中得到了越來越多的應用，此外在隧道修復工程中也得到廣泛應用。人工地層凍結法主要有鹽水凍結和液氮凍結兩種方式，無論採用何種凍結方式， 掌握凍結所形成凍土帷幕的發展及性狀，尤其是盾構殼外表面的溫度是至關重要的。盾構進入凍結加固區時，盾構殼外表面為負溫能確保盾構機與巖土的交界面沒有液態水存在， 即不存在通水路徑，不會造成湧水湧砂等危險情況。但盾構殼外表面溫度過低，容易造成凍土體將盾構機凍住而無法前進的情況。因此，需要掌握盾構殼外表面溫度的實時變化和發展情況，以保證盾構施工的順利進行和安全，必要時也為解凍給出明確的指導。
發明內容
針對盾構機穿越凍土加固區時，盾構殼外表面溫度變化未知的情況，本發明提供了一種盾構殼體溫度場監測系統，該系統不僅能測定盾構殼外表面上的溫度，還能通過大量測點的數據反映盾構殼整體的溫度場分布情況。為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是一種盾構殼體溫度場監測系統，包括內表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計算機測試系統，內表面溫度傳感器置於盾構殼的內表面監測盾構殼體內表面溫度，溫度梯度傳感器置於盾構殼的預設孔內監測盾構殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構殼體外表面溫度，內表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過導線與計算機測試系統相連。所述計算機測試系統包括二次儀表和計算機，二次儀表的輸入端通過導線與內表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器相連，二次儀表的輸出端通過導線與計算機相連。所述內表面溫度傳感器包括第一熱敏電阻測溫元件、磁鐵和隔熱外套，第一熱敏電阻測溫元件嵌設於磁鐵頂部的預留孔中，隔熱外套包覆於磁鐵的外部，磁鐵和隔熱外套的底部預留供導線穿設的孔。所述磁鐵頂部用於嵌設第一熱敏電阻測溫元件的預留孔中採用環氧樹脂填充。所述溫度梯度傳感器包括第二熱敏電阻測溫元件、第三熱敏測溫元件和構造螺栓，構造螺栓為中空結構，第二熱敏電阻測溫元件置於構造螺栓中空結構的底部，第三熱敏電阻測溫元件置於構造螺栓中空結構的頂部，構造螺栓的螺帽中心預留供導線穿設的孔。
所述構造螺栓用於裝設第二、第三熱敏電阻測溫元件的中空結構的空隙採用環氧樹脂填充。由於採用了上述方案，本發明具有以下特點首先，傳感器布置簡單易行，具有全面性，可以實時監測並快速返回數據。其次，溫度監測對盾構機正常工作影響小，傳感器預設孔和構造螺栓相結合可以降低在盾構殼厚度上開孔對其自身強度的削弱作用，而盾構殼內表面溫度傳感器的封裝方式對盾構機內部的正常工作幾乎無影響。最後，將測量盾構殼內表面溫度與測量盾構殼厚度上的溫度梯度相結合，可以完整準確的測量盾構殼外表面溫度場變化發展情況，在遠端計算機上通過軟體整理，可進行可視化顯示。
圖1為本發明的測溫系統的結構示意圖。圖2為本發明的內表面溫度傳感器的結構示意圖。圖3為本發明的溫度梯度傳感器的結構示意圖。圖4為本發明的封堵螺栓的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，本發明的盾構殼體溫度場監測系統，包括內表面溫度傳感器2、溫度梯度傳感器3和計算機測試系統。內表面溫度傳感器2安裝於盾構殼1的內表面，溫度梯度傳感器3安裝於盾構殼1的預設孔10內。計算機測試系統包括二次儀表5和計算機6， 內表面溫度傳感器2和溫度梯度傳感器3通過導線4連接至二次儀表5，二次儀表5通過導線4連接至計算機6。其中，二次儀表5作為溫度監測數據的採集儀器，種類不限，本例採用 Data Taker公司生產的DT80G GeoLogger萬用數據採集器(最終需通過電腦採集數據)。 利用內表面溫度傳感器2測量盾構殼1內表面溫度，利用溫度梯度傳感器3測量盾構殼1 厚度上的溫度梯度、確定盾構殼體外表面溫度。測量數據經過二次儀表5，用導線4將測溫數據傳回遠端的計算機6進行整合處理，根據熱傳導規律得到盾構殼1整體的外表面溫度場。如圖2所示，內表面溫度傳感器2包括第一熱敏電阻測溫元件7、磁鐵8和隔熱外套9，第一熱敏電阻測溫元件7嵌設於磁鐵8頂端預留的孔位中，並用環氧樹脂填充空隙固定，保持熱敏電阻測溫元件7與被測物體表面良好接觸條件的傳感器封裝方法，實現直接感受被測物體表面溫度的條件。隔熱外套9包覆於磁鐵8的外部，並用膠水固定，消除了空氣熱量對盾構殼1內表面進行溫度測試值的影響。磁鐵8和隔熱外套9底部預留小孔，以便與第一熱敏電阻測溫元件7相連的導線4引出。在內表面溫度傳感器2製作時，需要標定磁鐵8造成第一熱敏電阻測溫元件7測溫的偏差值，並進行修正。由於磁鐵8產生的磁場和第一熱敏電阻元件7已經固定，那麼第一熱敏電阻元件7受磁鐵8的影響大小可以通過測量已知溫度，將測量溫度和已知溫度之差作為該點溫度的偏差值，在實際測溫中減掉該偏差值即可。如圖3所示，溫度梯度傳感器3包括第二熱敏電阻測溫元件13、第三熱敏電阻測溫元件14和構造螺栓11，構造螺栓11為中空結構，第二熱敏電阻測溫元件13置於構造螺栓11中空結構的底部，第三熱敏電阻測溫元件14置於構造螺栓11中空結構的頂部，中空結構的空隙通過環氧樹脂填充以固定第二熱敏電阻測溫元件13、第三熱敏電阻測溫元件14， 構造螺栓11的螺帽中心預留小孔，以便與第二、第三熱敏電阻測溫元件13、14相連的導線 4引出。內表面溫度傳感器2安裝時，可以利用其磁鐵8的吸力在盾構殼1內表面任意需要的位置吸附固定內表面溫度傳感器2。內表面溫度傳感器2的數量及分布區域根據實際測溫需要確定。溫度梯度傳感器3安裝時，通過螺紋把溫度梯度傳感器3固定在盾構殼1 上預留孔10中。而在非測試工作狀態時，將封堵螺栓12插入孔中，補足盾構殼1強度。溫度梯度傳感器3的數量相對於內表面溫度傳感器2較少，根據盾構內溫度場分布選擇代表性的點位。具體可以根據盾構殼1內表面面積和測溫精度確定的測點間距，布置大量內表面溫度傳感器2反映整個盾構殼1內表面溫度場。在能反映盾構殼1關鍵部位的內外溫差的情況下，布置少量溫度梯度傳感器3。由於兩種傳感器已排除外界熱源和磁場幹擾，測溫精度即為熱敏電阻測溫元件的精度，精度高，可靠性好。最終將在盾構殼1厚度上的溫度梯度與盾構殼內表面溫度場相加，得到盾構殼1外表面溫度場。上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明的範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於包括內表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計算機測試系統，內表面溫度傳感器置於盾構殼的內表面監測盾構殼體內表面溫度，溫度梯度傳感器置於盾構殼的預設孔內監測盾構殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構殼體外表面溫度，內表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過導線與計算機測試系統相連。
2.如權利要求1所述的盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於所述計算機測試系統包括二次儀表和計算機，二次儀表的輸入端通過導線與內表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器相連，二次儀表的輸出端通過導線與計算機相連。
3.如權利要求1所述的盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於所述內表面溫度傳感器包括第一熱敏電阻測溫元件、磁鐵和隔熱外套，第一熱敏電阻測溫元件嵌設於磁鐵頂部的預留孔中，隔熱外套包覆於磁鐵的外部，磁鐵和隔熱外套的底部預留供導線穿設的孔。
4.如權利要求3所述的盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於所述磁鐵頂部用於嵌設第一熱敏電阻測溫元件的預留孔中採用環氧樹脂填充。
5.如權利要求1所述的盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於所述溫度梯度傳感器包括第二熱敏電阻測溫元件、第三熱敏測溫元件和構造螺栓，構造螺栓為中空結構，第二熱敏電阻測溫元件置於構造螺栓中空結構的底部，第三熱敏電阻測溫元件置於構造螺栓中空結構的頂部，構造螺栓的螺帽中心預留供導線穿設的孔。
6.如權利要求5所述的盾構殼體溫度場監測系統，其特徵在於所述構造螺栓用於裝設第二、第三熱敏電阻測溫元件的中空結構的空隙採用環氧樹脂填充。
全文摘要
本發明公開了一種盾構殼體溫度場監測系統，包括內表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計算機測試系統，內表面溫度傳感器置於盾構殼的內表面監測盾構殼體內表面溫度，溫度梯度傳感器置於盾構殼的預設孔內監測盾構殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構殼體外表面溫度，內表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過導線與計算機測試系統相連。該測溫系統主要用於盾構始發和接收等過程中穿越凍土加固體時盾構殼表面溫度場的動態監測，便於掌握盾構殼外圍土體的凍結狀態，避免發生湧水湧砂的險情，保證施工安全，必要時也可為凍土解凍提供實際參考。
文檔編號G01K7/22GK102353472SQ20111026533
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月8日 優先權日2011年9月8日
發明者季冰乙, 胡向東, 郭旺, 陳錦 申請人:同濟大學