盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统及方法技术方案

一种施工现场盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其现场数据采集终端用于集成相互连接并进行通信的数据采集模块、数据通信模块、数据处理与分析模块以及数据管理与发布模块；还包括远程服务器；通过测定浆液的液位、密度、粒度信息、流动度、稠度及贯入强度等信息，进而利用互联网通信技术，按预设时间及方式自动向远程服务器传送经标定处理及分析后的数据结果，并具有数据库存储数据、移动短信通知指定人员等功能；同时也可对现场采集计算机进行监控控制，便于及时排除现场采集计算机故障。本发明专利技术实现了施工现场盾构隧道同步注浆浆液性能参数的远程自动化测定，提高了浆液性能参数测定效率和准确度，极大方便了施工人员对浆液性能的管控。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于隧道及地下工程领域，涉及盾构施工现场同步注浆浆液性能参数测定技术。
技术介绍
目前我国城市轨道交通建设规模大，盾构工法因其安全性好、适用范围广、每年建成盾构法区间隧道超过100公里。盾构施工过程中，盾尾脱离管片后，在原来盾尾间隙的基础上，管片背面又增加了盾壳向前推进而产生的新的空隙。若不及时回填该空隙，势必造成地层变形，进而对邻近的地中构造物产生破坏性影响。如建筑物的基础倾斜开裂，地中的各种管道发生裂口或断裂，地表坍陷，交通中断等。盾构掘进施工引起的地表沉降控制主要通过控制土仓压力和同步注浆系统得以实现。盾构同步注浆是在盾构施工中将具有适当的早期强度及最终强度的浆液材料，按设定的注浆压力和注浆量在盾构推进的同时填入管片背部盾尾间隙内，其作用有：(1)尽早填充地层，减少地表沉陷量，保证周围环境的安全；(2)确保管片衬砌的早期稳定性和间隙的密实性；(3)作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、稳定的防水功能；(4)作为隧道衬砌结构的加强层，使其具有耐久性和一定的强度。同步注浆一般以单液水泥类浆液注入盾尾空隙为主，单液水泥类浆液是以水泥为主，添加一定量的附加剂，用水调剂成的浆液。由于注入的浆液初凝需要较长时间，而盾构一直在向前推进，始终存在一定长度的管片结构处于未凝固的浆液中，当管片脱离盾尾时，若同步注浆的浆液不能达到初凝和一定的早期强度，隧道被包围在壁后注浆的浆液中，将产生比水、泥浆更大的浮力，使管片受力上浮，导致成型隧道出现错台、破损及渗漏水，严重影响施工质量。出于控制地表沉降、管片上浮以及便于顺利施工的目的，盾尾注浆浆液必须满足一系列物理性质要求，施工现场必须对盾构同步注浆浆液配比及性能进行严格管控。为了科学合理地指导现场施工，通常采用一系列定量测定的指标来评价注浆浆液，施工现场一般在实验室对现场的浆液样本进行测定，或者在实验室配置同配比的浆液直接测定性能参数，测定指标参数主要包括浆液的密度、稠度、流动度、初凝时间等。实验室一般采用砂浆稠度仪测定浆液的稠度，采用砂浆凝结时间测定仪测定浆液的凝结时间，采用跳桌测定浆液的流动度等。显然传统的实验室测定方法存在操作流程繁琐、工作量大、测定时间长、测量人为偶然误差大、测量不准确等弊端，尤其是凝结时间的测定，一直沿用的维卡针入法，测定时间长，人工操作误差大。因而急需寻求一套科学合理、方便实用的浆液性能参数测定方法，快速及时地获得准确的浆液性能参数，以便建立盾构同步注浆浆液性能参数与施工效果的关系，从而科学合理地指导现场施工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方便快速、准确实用的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统和方法，可以实现盾构隧道施工现场自动测定同步注浆浆液的密度、粒度信息、流动度、稠度及强度等指标的功能，从而提高了浆液性能参数测定效率和准确度，极大方便了施工人员对浆液性能的管控以及确定盾构施工最优同步注浆浆液配比。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，包括有：现场数据采集终端21，其用于集成相互连接并进行通信的数据采集模块A、数据通信模块B、数据处理与分析模块C以及数据管理与发布模块D，实现浆液性能参数测试各主要模块功能；远程服务器22，其用于接收现场采集终端21所测数据，对其进行处理、分析及存储，并兼含远程控制现场数据采集终端21，监测其工作状态是否正常的功能；现场数据采集终端21与远程服务器22通过无线互联网连接通信。优选地，所述系统现场数据采集终端21包括基于工业封装和电磁屏蔽的NI-PXI平台11、现场采集计算机13及液体传感器及测定装置12等。优选地，所述NI-PXI平台11包括相互连接的控制器、PXI机箱、PXI-6221数据采集卡1、稳压电源、无线互联网络等。优选地，所述NI-PXI平台11中的控制器选用NI PXI-ExpressCard8360板卡，可使用测试用现场采集计算机13透明连接控制PXI/CompactPCI系统。优选的，所述NI-PXI平台11中的PXI机箱采用NI PXIe-1071，含3个混合插槽，NI PXIe-1071的每个插槽都接受PXI Express模块或可兼容标准PXI混合总线的模块，每插槽高达1GB/s的专用带宽和3GB/s的系统带宽。优选地，所述NI-PXI平台11中的PXI-6221数据采集卡1具有16路16位A/D转换器、250kS/s采样率、2路16位D/A转换器、两个通用计数器和24个数字通道。优选地，所述液体传感器及测定装置12包括激光粒度仪2、浆液密度传感器3、液位传感器4、温度传感器6及电动势法5测定仪器等。优选地，所述的浆液性能参数测定内容包括：浆液密度主要采用BHDM系列高精度电子流体密度测定传感器，浆液粒度信息主要采用激光粒度仪2，浆液的流动度、稠度以及贯入强度采用电动势法5测定，贯入强度用于确定浆液初凝时间，电动势法5中浆液电动势采用高灵敏度的微伏级电压表测定，液位及温度传感器选用常见易得液体传感器即可。优选地，所述的激光粒度仪2通过RS232串口与NI-PXI平台11通信，浆液密度传感器3通过RS485串口与NI-PXI平台11通信，液位传感器4、温度传感器6及电动势法5中的微伏级电压表等传感器及测定仪器都采用标准电流信号的变送器，在接入PXI-6221数据采集卡1的模拟输入通道之前用精密电阻将电流转换为电压，并进行隔离和滤波。一种盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统的测试方法包括如下步骤：步骤S1，调试现场数据采集终端21及其与远程服务器22之间通信网络的连通性；步骤S2，所述现场数据采集终端22开展浆液性能参数测定工作；步骤S3，所述现场数据采集终端21对步骤S2测试所得数据进行处理和分析；步骤S4，所述现场数据采集终端21将步骤S3所得处理及分析结果传送给远程服务器22及相关技术人员。优选地，所述步骤S1具体包括在施工现场，布置好仪器以及现场采集计算机并初步调试成功后，设定现场采集计算机的各项采样参数，并设定数据实时传输的数据接收方—远程服务器22的IP地址以及通过邮件传送数据所需要的寄信人及收信人的的邮箱；设定完成后，进行工作状态检查，人工模拟激励信号，数据采集模块正常工作，检查现场采集计算机各通道数据采集、数据实时处理、数据库存储以及数据发布等功能，检查远程服务器22数据实时接收、邮件接收各项功能是否正常。优选地，所述步骤S2具体包括在数据通信模块D的支持下，搅拌站制备的浆液流入浆液中转站，当浆液液位达到预设高度，液位传感器4收到信号，触发浆液中转站现场数据采集终端21的数据采集模块A正式工作，打开浆液池预设阀门，浆液分别流入密度、粒度信息以及电动势测定装置；温度传感器6、密度传感器3、激光粒度仪2及电动势法5中的微伏电压表传感器将采集到的信号输入NI-PXI平台11。优选地，所述电动势法5测定同步注浆浆液的流动度、稠度和贯入强度的具体实施步骤为利用电化学原理，将一对铅-铜电极和水泥浆液组成原电池，利用所述高灵敏度的微伏级电压表测量电动势并记录下来。一般测量之前，需要在实验室用传统仪器和方法测定浆液的流动度、稠度以及贯入强度，同时用电化学方法测量电动势，并做出浆液的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于，包括：现场数据采集终端(21)，其用于集成相互连接并进行通信的数据采集模块(A)、数据通信模块(B)、数据处理与分析模块(C)以及数据管理与发布模块(D)；远程服务器(22)，其用于接收现场采集终端(21)所测数据，对其进行处理、分析及存储，并兼含远程控制现场数据采集终端(21)，监控其工作状态是否正常的功能。所述的数据采集模块(A)利用液体传感器及测定装置(12)采集浆液中转站里浆液的液位、密度、粘度、粒度信息、流动度、稠度及初凝时间信息；所述数据处理与分析模块(B)对数据采集模块(A)所测数据进行处理与分析；所述数据管理与发布模块(C)接收来自数据处理与分析模块(B)的数据，进行显示、发布、存储或输出操作；所述数据通信模块(D)用于数据采集模块(A)、数据处理与分析模块(B)以及数据管理与发布模块(C)之间及系统的通信。

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于，包括：现场数据采集终端(21)，其用于集成相互连接并进行通信的数据采集模块(A)、数据通信模块(B)、数据处理与分析模块(C)以及数据管理与发布模块(D)；远程服务器(22)，其用于接收现场采集终端(21)所测数据，对其进行处理、分析及存储，并兼含远程控制现场数据采集终端(21)，监控其工作状态是否正常的功能。所述的数据采集模块(A)利用液体传感器及测定装置(12)采集浆液中转站里浆液的液位、密度、粘度、粒度信息、流动度、稠度及初凝时间信息；所述数据处理与分析模块(B)对数据采集模块(A)所测数据进行处理与分析；所述数据管理与发布模块(C)接收来自数据处理与分析模块(B)的数据，进行显示、发布、存储或输出操作；所述数据通信模块(D)用于数据采集模块(A)、数据处理与分析模块(B)以及数据管理与发布模块(C)之间及系统的通信。2.根据权利要求1所述的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于：浆液的流动度、稠度以及贯入强度采用电动势法(5)测定，电动势法测定的贯入强度用于确定浆液初凝时间。3.根据权利要求1所述的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于：所述系统现场数据采集终端(21)包括基于工业封装和电磁屏蔽的NI-PXI平台(11)、现场采集计算机(13)及液体传感器及测定装置(12)。4.根据权利要求3所述的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于：所述的液体传感器及测定装置(12)包括浆液粒度信息测定装置(2)、浆液密度传感器(3)、液位传感器(4)、温度传感器(6)及电动势法(5)测定仪器；优选地，所述的浆液粒度信息测定装置采用激光粒度仪，所述的浆液密度传感器(3)采用BHDM系列高精度电子流体密度测定传感器，所述的电动势法(5)测定仪器采用微伏级电压表；优选地，所述的激光粒度仪(2)通过RS232串口与NI-PXI平台(11)通信，所述的密度传感器(3)通过RS485串口与NI-PXI平台(11)通信，所述的液位传感器(4)、温度传感器(6)及电动势法(5)中的传感器及测定仪器都采用标准电流信号的变送器，在接入数据采集卡PXI-6221数据采集卡(1)的模拟输入通道之前用精密电阻将电流转换为电压，并进行隔离和滤波。5.根据权利要求3所述的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统，其特征在于：所述的NI-PXI平台(11)包括相互连接的控制器、PXI机箱、PXI-6221数据采集卡(1)、稳压电源、网络设备；优选地，所述的NI-PXI平台(11)中的控制器选用NI PXI-ExpressCard8360板卡，使用测试用现场采集计算机(13)透明连接控制PXI/CompactPCI系统；所述的NI-PXI平台(11)中的PXI机箱采用NI PXIe-1071，含3个混合插槽，NI PXIe-1071的每个插槽都接受PXI Express模块或可兼容标准PXI混合总线的模块，每插槽1GB/s的专用带宽和3GB/s的系统带宽；所述的NI-PXI平台(11)中的PXI-6221数据采集卡(1)具有16路16位A/D转换器、250kS/s采样率、2路16位D/A转换器、两个通用计数器和24个数字通道。6.权利要求1至5中任一所述的盾构隧道同步注浆浆液性能参数测定系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，调试现场数据采集终端(21)及其与远程服务器(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周顺华，季昌，舒瑶，杨新文，陕耀，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31