[发明专利]盾构隧道管片间接触应力测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种盾构隧道管片间接触应力测试装置，其特征在于，包括：

压电气压传感器，封装于橡胶薄膜内，所述橡胶薄膜上留有气孔并安装气门；

限位框架，与橡胶薄膜紧密相连，限制橡胶薄膜的膨胀方向，只允许橡胶薄膜沿传感器厚度方向膨胀；

扁平状导线，一端穿过所述橡胶薄膜与所述压电气压传感器连接，另一端与数据采集器连接，数据采集器通过数据传输装置将压电信号传输至数据中心；

所述压电气压传感器、橡胶薄膜、限位框架以及扁平状导线共同构成嵌入式压电传感器。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道管片间接触应力测试装置，其特征在于，

所述压电气压传感器的外部包裹有屏蔽胶带。

3.根据权利要求1所述的盾构隧道管片间接触应力测试装置，其特征在于，

所述限位框架包括前端楔形部分与后端框架部分，其中，前端楔形部分用于辅助嵌入式压电传感器嵌入盾构隧道环缝间，后端框架部分起到限制橡胶薄膜膨胀方向的作用，具体地，后端框架部分在限位方向穿过橡胶薄膜，并采用胶水将橡胶薄膜固定于后端框架部分。

4.一种基于权利要求1~3中任一所述盾构隧道管片间接触应力测试装置判定盾构隧道管片间接触应力的方法，其特征在于，

判定盾构隧道管片间接触应力：

所述嵌入式压电传感器布置于已建成盾构隧道环缝间任意部位，使用打气筒从气门处向嵌入式压电传感器内部打入空气，在保证嵌入式压电传感器与密封垫紧密接触且不会发生渗漏后停止，并关闭气门保证密封，密封后需扯动嵌入式压电传感器，且嵌入式压电传感器不发生位移后，视为安装成功；

所述嵌入式压电传感器在自身的电信号激振下，所述压电气压传感器产生振动，依据橡胶薄膜内部气压的不同，压电气压传感器振动的频率不同，系统通过读取压电气压传感器振动频率，推得橡胶薄膜内部气压，再根据橡胶薄膜内部气压推定管片间间接触应力。

5.根据权利要求4所述的盾构隧道管片间接触应力测试装置判定盾构隧道管片间接触应力的方法，其特征在于，所述数据传输装置采用有线与无线相结合的方法，在盾构隧道建设期间，采用有线数据传输的方案；

在盾构隧道运营期间，在隧道内通信基站布设完成后，采用4G或5G方案。

6.一种基于权利要求1~3中任一所述盾构隧道管片间接触应力测试装置判定盾构隧道姿态的方法，其特征在于，

在已建成盾构隧道环缝间的上、下、左、右四个位置，分别布置一个所述嵌入式压电传感器，使用打气筒从气门处向嵌入式压电传感器内部打入空气，在保证嵌入式压电传感器与密封垫紧密接触且不会发生渗漏后停止，并关闭气门保证密封，密封后需扯动嵌入式压电传感器，且嵌入式压电传感器不发生位移后，视为安装成功；

所述嵌入式压电传感器在自身的电信号激振下，所述压电气压传感器产生振动，依据橡胶薄膜内部气压的不同，压电气压传感器振动的频率不同，系统通过读取压电气压传感器振动频率，推得橡胶薄膜内部气压，再根据橡胶薄膜内部气压换算得出管片间接触应力，进而推定盾构隧道姿态。

7.根据权利要求6所述盾构隧道管片间接触应力测试装置判定盾构隧道姿态的方法，其特征在于，所述盾构隧道姿态的方法通过比较上、下管片间接触应力，可得盾构隧道竖向姿态偏移情况，通过比较左、右管片间接触应力，可得盾构隧道水平姿态偏移情况，该测量方法可以判定已建成盾构隧道姿态；

所述姿态偏移情况可分为四种情况，分别为无明显偏移、轻微偏移、一般偏移与严重偏移，其中，当对侧传感器接触应力相差在0-5%以内，判定为无明显偏移；对侧传感器接触应力相差5%-15%，判定为轻微偏移；对侧传感器接触应力相差15%-30%，判定为一般偏移；对侧传感器接触应力相差30%以上，判定为严重偏移；

数据传输装置采用有线与无线相结合的方法，在盾构隧道建设期间，采用有线数据传输的方案；

在盾构隧道运营期间，在隧道内通信基站布设完成后，采用4G或5G方案。