[发明专利]一种隧道拆换段受力监测装置与系统

说明书

本发明涉及高速铁路隧道应急抢险和隧道状态实时监测领域，尤其涉及一种隧道拆换段受力监测装置与系统，包括隧道拱墙衬砌，其特征在于，在所述隧道拱墙衬砌包括有三个断面，三个断面为外层钢筋应力断面，内层钢筋应力断面和混凝土应力断面；所述三个断面上均包括有九个传感器测点。阐述了高速铁路隧道拆换段衬砌受力监测内容，分析了衬砌受力监测所需传感器种类、研究了隧道拆换段衬砌应力监测传感器布置的整体方案应布置三层传感器组，提出了每一层传感器布设数量为9个，构建了由传感元件、数据采集、本地控制中心和中心服务器四部分构成的实时监测系统，实现了隧道拆换段衬砌受力状态实时监测。

技术领域

本发明涉及高速铁路隧道应急抢险和隧道状态实时监测领域，尤其涉及一种隧道拆换段受力监测装置与系统。

背景技术

受施工质量、山体滑坡和列车长期反复作用，造成隧道受力不均匀，隧道内部将产生裂缝、渗水，严重时甚至产生混凝土剥离、脱落，形成掉块，损坏铁路隧道接触网，严重危及高速铁路运营安全。对于已经发生大范围掉块，造成严重安全隐患的路段，铁路运营部门要求拆除原有隧道衬砌，并重新铺设新的隧道衬砌。此时，新建隧道衬砌混凝土和钢筋的受力情况如何，是否处于正常应力范围之类，显得尤为重要。

目前，隧道衬砌受力监测主要采用人工监测方式。施工过程中，在衬砌钢筋混凝土内部埋设钢筋计和应变计，并在完成混凝土浇筑后，安排人员每天对钢筋计和应变计的度数采集1-2次。这种方法存在以下缺陷：

(1) 采集点数限制。人工监测方式选择有限断面，每个断面设置1-2个节点，不能有效代表隧道整体变形情况；

(2) 采集频率太小。人工监测方式每天采集1-2次隧道衬砌受力数据，由于隧道变形，特别是山体滑坡变形作用下，存在突发性，人工监测方式不能实时反应隧道受力状态变化情况。

(3) 铁路运营规律时间限制。我国高速铁路采用垂直运营天窗，作业时间短，人工监测方式只适合于建设期隧道应力状态监测，不适合于运营期隧道应力状态监测。

所以，开展高速铁路隧道拆换段隧道受力状态分析，合理布设隧道混凝土、钢筋受力监测传感器，建立隧道拆换段长期、实时监测系统，是满足高速铁路现代化运维，保障铁路运营安全的重要内容。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种隧道拆换段受力监测装置与系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种隧道拆换段受力监测装置与系统，包括隧道拱墙衬砌，在所述隧道拱墙衬砌包括有三个断面，三个断面为外层钢筋应力断面，内层钢筋应力断面和混凝土应力断面；

所述三个断面上均包括有九个传感器测点，传感器的测点位置分别位于拱顶、左拱腰，左拱脚，左墙腰，左墙脚，右拱腰，右拱脚，右墙腰，右墙脚；

所述拱顶对应测点0、左拱腰对应测点Z1，左拱脚对应测点Z2，左墙腰对应测点Z3，左墙脚对应测点Z4，右拱腰对应测点R1，右拱脚对应测点R2，右墙腰对应测点R3，右墙脚对应测点R4。

优选的，所述混凝土应力断面位于拆换后的衬砌表面，混凝土应变计以45°角固定在环向钢筋和纵连钢筋上，并采用捆扎带固定。

优选的，所述外层钢筋应力断面和内层钢筋应力断面环向钢筋上布置有钢筋应力计，传感器通过延长钢筋延长，在1-1’处分别通过焊接方式固定。

优选的，所述传感器对应的选择为埋入振弦式混凝土应变计，型号为基康BGK-4911，振弦式钢筋应力计钢筋计，型号为基康BGK-4200。

一种隧道拆换段受力监测装置的运行系统，包括传感元件、数据采集、本地控制中心和中心服务器；

所述数据采集包括采集扩展元器件，振弦信号采集器和RS232-光纤转换模块；