[发明专利]一种盾构隧道接头螺栓轴力的监测装置及方法

说明书

本发明涉及一种盾构隧道接头螺栓轴力的监测装置及方法，所述装置包括：薄膜式螺栓轴力传感器，与盾构隧道接头螺栓连接，用于将盾构隧道接头螺栓承受的轴力直接转换为电信号；信号处理设备，在监测时与薄膜式螺栓轴力传感器连接，用于将薄膜式螺栓轴力传感器传递的电信号转换为可读压力信号；所述方法包括：通过薄膜式螺栓轴力传感器进行数据采集，得到接头螺栓承受的轴力的电信号；根据薄膜式螺栓轴力传感器的电信号和压力信号的转换关系，将电信号转换为压力信号并进行展示。与现有技术相比，本发明具有对安装空间要求低、对螺栓无损害、对监测环境适应性强以及适用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及土木工程结构安全监测领域，尤其是涉及一种盾构隧道接头螺栓轴力的监测装置及方法。

背景技术

地铁隧道多采用盾构法施工，隧道结构由预制管片装配而成，管片与管片之间由接头螺栓连接，隧道结构的承载状态与管片接头的变形及受力状态息息相关，接头螺栓受力状态是评价结构安全性的重要指标。地铁盾构隧道多位于建筑密集的区域，隧道周边工程活动频繁，隧道结构在周边工程扰动下出现损坏的情况时有发生，若对盾构隧道螺栓轴力进行监测，及时掌握结构受力状态及其发展趋势并采取适当措施，能有效解决这一问题。

当前盾构隧道螺栓轴力测量方法主要有以下几种：

(1)螺栓上预埋应变计

申请号为201410268720.6的发明专利，提出了一种通过螺栓轴向应变测量螺栓轴向紧固力的方法，该方法需在螺栓端部钻孔并植入应变计，通过感知螺栓轴向应实现螺栓紧固力测量。申请号为201120551928.0的实用新型专利，提出了一种螺栓轴力测量螺栓，其核心轴力监测方法为在对螺栓杆外表面进行加工后粘贴应变片，并分别从端部和螺杆侧面进行钻孔，以便将传感器接线引出。这两种方法都需要对螺栓进行开孔和二次加工，对螺栓受力性能会造成一定损伤，且加工工序复杂，监测数据精准度受螺栓二次加工质量影响大，特别是当前地铁盾构隧道接头螺栓多弯螺栓，该方法进行在开孔及数据标定上难度提高，数据精准度也将受到影响。

(2)超声波检测法

申请号为02154474.3的发明专利，提出了一种超声螺栓紧固力测试装置，该装置是基于金属介质中声波传播速度与应力状态有关实现的，是一种无损检测装置，应用于地铁隧道时，需避开运营列车振动荷载干扰，且不适用于管片连接螺栓轴力状态的实时监测。

(3)环形应变式压力传感器

申请号为201310235117.3的发明专利，提供了一种螺栓组连接的预紧力测量系统及方法，提出将贴有应变片的筒形弹性体穿在螺栓上来测量螺栓预紧力，但当前应用类似方法实现的应变式压力传感器厚度、尺寸均较大，尤其是用类似地铁盾构隧道的大型工程时，需作为永久性承载结构一部分锚固在螺栓端部，结构安全性高要求以及作用在传感器上的高强度荷载都使得传感器尺寸难以减小，使得传感器用于地铁盾构隧道时需要额外的螺栓长度和预留安装空间，难以盾构隧道原有结构设计方案相适应。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种盾构隧道接头螺栓轴力的监测装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种盾构隧道接头螺栓轴力的监测装置，所述装置包括：

薄膜式螺栓轴力传感器，与盾构隧道接头螺栓连接，用于将盾构隧道接头螺栓承受的轴力直接转换为电信号；

信号处理设备，在监测时与薄膜式螺栓轴力传感器连接，用于将薄膜式螺栓轴力传感器传递的电信号转换为可读压力信号。

所述薄膜式螺栓轴力传感器包括：

压力感应涂层，与盾构隧道接头螺栓连接，用于将盾构隧道接头螺栓承受的轴力转换为电信号；