專利名稱：盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于盾構(gòu)隧道施工中溫度測(cè)量的系統(tǒng)，尤其是一種盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工地層凍結(jié)法(簡(jiǎn)稱“凍結(jié)法”)是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水結(jié)冰，把天然巖土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，作為一種支護(hù)結(jié)構(gòu)，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，其實(shí)質(zhì)是利用人工制冷臨時(shí)改變巖土性質(zhì)以加固地層。由于其具有適應(yīng)性強(qiáng)、強(qiáng)度高、 隔水性能好、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于礦井、隧道、基坑工程、盾構(gòu)始發(fā)和接收、聯(lián)絡(luò)通道等多種工程。近年來(lái)，隨著城市地鐵隧道的發(fā)展，凍結(jié)法在盾構(gòu)始發(fā)和接收施工中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，此外在隧道修復(fù)工程中也得到廣泛應(yīng)用。人工地層凍結(jié)法主要有鹽水凍結(jié)和液氮凍結(jié)兩種方式，無(wú)論采用何種凍結(jié)方式， 掌握凍結(jié)所形成凍土帷幕的發(fā)展及性狀，尤其是盾構(gòu)殼外表面的溫度是至關(guān)重要的。盾構(gòu)進(jìn)入凍結(jié)加固區(qū)時(shí)，盾構(gòu)殼外表面為負(fù)溫能確保盾構(gòu)機(jī)與巖土的交界面沒有液態(tài)水存在， 即不存在通水路徑，不會(huì)造成涌水涌砂等危險(xiǎn)情況。但盾構(gòu)殼外表面溫度過(guò)低，容易造成凍土體將盾構(gòu)機(jī)凍住而無(wú)法前進(jìn)的情況。因此，需要掌握盾構(gòu)殼外表面溫度的實(shí)時(shí)變化和發(fā)展情況，以保證盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行和安全，必要時(shí)也為解凍給出明確的指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)盾構(gòu)機(jī)穿越凍土加固區(qū)時(shí)，盾構(gòu)殼外表面溫度變化未知的情況，本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能測(cè)定盾構(gòu)殼外表面上的溫度，還能通過(guò)大量測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)反映盾構(gòu)殼整體的溫度場(chǎng)分布情況。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括內(nèi)表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，內(nèi)表面溫度傳感器置于盾構(gòu)殼的內(nèi)表面監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體內(nèi)表面溫度，溫度梯度傳感器置于盾構(gòu)殼的預(yù)設(shè)孔內(nèi)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構(gòu)殼體外表面溫度，內(nèi)表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)相連。所述計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括二次儀表和計(jì)算機(jī)，二次儀表的輸入端通過(guò)導(dǎo)線與內(nèi)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(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連。所述內(nèi)表面溫度傳感器包括第一熱敏電阻測(cè)溫元件、磁鐵和隔熱外套，第一熱敏電阻測(cè)溫元件嵌設(shè)于磁鐵頂部的預(yù)留孔中，隔熱外套包覆于磁鐵的外部，磁鐵和隔熱外套的底部預(yù)留供導(dǎo)線穿設(shè)的孔。所述磁鐵頂部用于嵌設(shè)第一熱敏電阻測(cè)溫元件的預(yù)留孔中采用環(huán)氧樹脂填充。所述溫度梯度傳感器包括第二熱敏電阻測(cè)溫元件、第三熱敏測(cè)溫元件和構(gòu)造螺栓，構(gòu)造螺栓為中空結(jié)構(gòu)，第二熱敏電阻測(cè)溫元件置于構(gòu)造螺栓中空結(jié)構(gòu)的底部，第三熱敏電阻測(cè)溫元件置于構(gòu)造螺栓中空結(jié)構(gòu)的頂部，構(gòu)造螺栓的螺帽中心預(yù)留供導(dǎo)線穿設(shè)的孔。
所述構(gòu)造螺栓用于裝設(shè)第二、第三熱敏電阻測(cè)溫元件的中空結(jié)構(gòu)的空隙采用環(huán)氧樹脂填充。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)首先，傳感器布置簡(jiǎn)單易行，具有全面性，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并快速返回?cái)?shù)據(jù)。其次，溫度監(jiān)測(cè)對(duì)盾構(gòu)機(jī)正常工作影響小，傳感器預(yù)設(shè)孔和構(gòu)造螺栓相結(jié)合可以降低在盾構(gòu)殼厚度上開孔對(duì)其自身強(qiáng)度的削弱作用，而盾構(gòu)殼內(nèi)表面溫度傳感器的封裝方式對(duì)盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部的正常工作幾乎無(wú)影響。最后，將測(cè)量盾構(gòu)殼內(nèi)表面溫度與測(cè)量盾構(gòu)殼厚度上的溫度梯度相結(jié)合，可以完整準(zhǔn)確的測(cè)量盾構(gòu)殼外表面溫度場(chǎng)變化發(fā)展情況，在遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)上通過(guò)軟件整理，可進(jìn)行可視化顯示。


圖1為本發(fā)明的測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的內(nèi)表面溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的溫度梯度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的封堵螺栓的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括內(nèi)表面溫度傳感器2、溫度梯度傳感器3和計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。內(nèi)表面溫度傳感器2安裝于盾構(gòu)殼1的內(nèi)表面，溫度梯度傳感器3安裝于盾構(gòu)殼1的預(yù)設(shè)孔10內(nèi)。計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括二次儀表5和計(jì)算機(jī)6， 內(nèi)表面溫度傳感器2和溫度梯度傳感器3通過(guò)導(dǎo)線4連接至二次儀表5，二次儀表5通過(guò)導(dǎo)線4連接至計(jì)算機(jī)6。其中，二次儀表5作為溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集儀器，種類不限，本例采用 Data Taker公司生產(chǎn)的DT80G GeoLogger萬(wàn)用數(shù)據(jù)采集器(最終需通過(guò)電腦采集數(shù)據(jù))。 利用內(nèi)表面溫度傳感器2測(cè)量盾構(gòu)殼1內(nèi)表面溫度，利用溫度梯度傳感器3測(cè)量盾構(gòu)殼1 厚度上的溫度梯度、確定盾構(gòu)殼體外表面溫度。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)二次儀表5，用導(dǎo)線4將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳回遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)6進(jìn)行整合處理，根據(jù)熱傳導(dǎo)規(guī)律得到盾構(gòu)殼1整體的外表面溫度場(chǎng)。如圖2所示，內(nèi)表面溫度傳感器2包括第一熱敏電阻測(cè)溫元件7、磁鐵8和隔熱外套9，第一熱敏電阻測(cè)溫元件7嵌設(shè)于磁鐵8頂端預(yù)留的孔位中，并用環(huán)氧樹脂填充空隙固定，保持熱敏電阻測(cè)溫元件7與被測(cè)物體表面良好接觸條件的傳感器封裝方法，實(shí)現(xiàn)直接感受被測(cè)物體表面溫度的條件。隔熱外套9包覆于磁鐵8的外部，并用膠水固定，消除了空氣熱量對(duì)盾構(gòu)殼1內(nèi)表面進(jìn)行溫度測(cè)試值的影響。磁鐵8和隔熱外套9底部預(yù)留小孔，以便與第一熱敏電阻測(cè)溫元件7相連的導(dǎo)線4引出。在內(nèi)表面溫度傳感器2制作時(shí)，需要標(biāo)定磁鐵8造成第一熱敏電阻測(cè)溫元件7測(cè)溫的偏差值，并進(jìn)行修正。由于磁鐵8產(chǎn)生的磁場(chǎng)和第一熱敏電阻元件7已經(jīng)固定，那么第一熱敏電阻元件7受磁鐵8的影響大小可以通過(guò)測(cè)量已知溫度，將測(cè)量溫度和已知溫度之差作為該點(diǎn)溫度的偏差值，在實(shí)際測(cè)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(cè)溫元件13、第三熱敏電阻測(cè)溫元件14和構(gòu)造螺栓11，構(gòu)造螺栓11為中空結(jié)構(gòu)，第二熱敏電阻測(cè)溫元件13置于構(gòu)造螺栓11中空結(jié)構(gòu)的底部，第三熱敏電阻測(cè)溫元件14置于構(gòu)造螺栓11中空結(jié)構(gòu)的頂部，中空結(jié)構(gòu)的空隙通過(guò)環(huán)氧樹脂填充以固定第二熱敏電阻測(cè)溫元件13、第三熱敏電阻測(cè)溫元件14， 構(gòu)造螺栓11的螺帽中心預(yù)留小孔，以便與第二、第三熱敏電阻測(cè)溫元件13、14相連的導(dǎo)線 4引出。內(nèi)表面溫度傳感器2安裝時(shí)，可以利用其磁鐵8的吸力在盾構(gòu)殼1內(nèi)表面任意需要的位置吸附固定內(nèi)表面溫度傳感器2。內(nèi)表面溫度傳感器2的數(shù)量及分布區(qū)域根據(jù)實(shí)際測(cè)溫需要確定。溫度梯度傳感器3安裝時(shí)，通過(guò)螺紋把溫度梯度傳感器3固定在盾構(gòu)殼1 上預(yù)留孔10中。而在非測(cè)試工作狀態(tài)時(shí)，將封堵螺栓12插入孔中，補(bǔ)足盾構(gòu)殼1強(qiáng)度。溫度梯度傳感器3的數(shù)量相對(duì)于內(nèi)表面溫度傳感器2較少，根據(jù)盾構(gòu)內(nèi)溫度場(chǎng)分布選擇代表性的點(diǎn)位。具體可以根據(jù)盾構(gòu)殼1內(nèi)表面面積和測(cè)溫精度確定的測(cè)點(diǎn)間距，布置大量?jī)?nèi)表面溫度傳感器2反映整個(gè)盾構(gòu)殼1內(nèi)表面溫度場(chǎng)。在能反映盾構(gòu)殼1關(guān)鍵部位的內(nèi)外溫差的情況下，布置少量溫度梯度傳感器3。由于兩種傳感器已排除外界熱源和磁場(chǎng)干擾，測(cè)溫精度即為熱敏電阻測(cè)溫元件的精度，精度高，可靠性好。最終將在盾構(gòu)殼1厚度上的溫度梯度與盾構(gòu)殼內(nèi)表面溫度場(chǎng)相加，得到盾構(gòu)殼1外表面溫度場(chǎng)。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明的范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括內(nèi)表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，內(nèi)表面溫度傳感器置于盾構(gòu)殼的內(nèi)表面監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體內(nèi)表面溫度，溫度梯度傳感器置于盾構(gòu)殼的預(yù)設(shè)孔內(nèi)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構(gòu)殼體外表面溫度，內(nèi)表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括二次儀表和計(jì)算機(jī)，二次儀表的輸入端通過(guò)導(dǎo)線與內(nèi)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(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)表面溫度傳感器包括第一熱敏電阻測(cè)溫元件、磁鐵和隔熱外套，第一熱敏電阻測(cè)溫元件嵌設(shè)于磁鐵頂部的預(yù)留孔中，隔熱外套包覆于磁鐵的外部，磁鐵和隔熱外套的底部預(yù)留供導(dǎo)線穿設(shè)的孔。
4.如權(quán)利要求3所述的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述磁鐵頂部用于嵌設(shè)第一熱敏電阻測(cè)溫元件的預(yù)留孔中采用環(huán)氧樹脂填充。
5.如權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述溫度梯度傳感器包括第二熱敏電阻測(cè)溫元件、第三熱敏測(cè)溫元件和構(gòu)造螺栓，構(gòu)造螺栓為中空結(jié)構(gòu)，第二熱敏電阻測(cè)溫元件置于構(gòu)造螺栓中空結(jié)構(gòu)的底部，第三熱敏電阻測(cè)溫元件置于構(gòu)造螺栓中空結(jié)構(gòu)的頂部，構(gòu)造螺栓的螺帽中心預(yù)留供導(dǎo)線穿設(shè)的孔。
6.如權(quán)利要求5所述的盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述構(gòu)造螺栓用于裝設(shè)第二、第三熱敏電阻測(cè)溫元件的中空結(jié)構(gòu)的空隙采用環(huán)氧樹脂填充。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種盾構(gòu)殼體溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括內(nèi)表面溫度傳感器、溫度梯度傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，內(nèi)表面溫度傳感器置于盾構(gòu)殼的內(nèi)表面監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體內(nèi)表面溫度，溫度梯度傳感器置于盾構(gòu)殼的預(yù)設(shè)孔內(nèi)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)殼體厚度上的溫度梯度、確定盾構(gòu)殼體外表面溫度，內(nèi)表面溫度傳感器和溫度梯度傳感器通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)相連。該測(cè)溫系統(tǒng)主要用于盾構(gòu)始發(fā)和接收等過(guò)程中穿越凍土加固體時(shí)盾構(gòu)殼表面溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，便于掌握盾構(gòu)殼外圍土體的凍結(jié)狀態(tài)，避免發(fā)生涌水涌砂的險(xiǎn)情，保證施工安全，必要時(shí)也可為凍土解凍提供實(shí)際參考。
文檔編號(hào)G01K7/22GK102353472SQ20111026533
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者季冰乙, 胡向東, 郭旺, 陳錦 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)