适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置及方法

摘要

本发明公开了适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置及方法，它解决了现有技术隧道施工中，桥梁顶升结构大，无法实时调整的问题，具有结构简单，减小甚至消除下部土体沉降对桥梁的影响的有益效果，其方案如下：适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置，包括设于桥梁侧部的可调高度支撑，可调高度支撑顶部设置压力传感器，且可调高度支撑与桥梁下表面接触，当可调高度支撑与桥梁之间压力发生变化时，调整可调高度支撑的高度保证可调高度支撑对桥梁的支撑以避免桥梁沉降。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程监测设备相关技术领域，特别是涉及适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置及方法。

背景技术

随着城市汽车保有量的不断增加，公路交通拥堵现象越来越显著，有的城市甚至出现全天拥堵的情况。在这种大趋势下，发展地下轨道交通是解决地面交通拥堵行之有效的手段。但是，地铁线路不可避免的会下穿城市中既有桥梁、立交桥等建(构)筑物，在修建地下隧道过程中开挖扰动土体的沉降必然会对隧道线路穿越的上方桥梁造成影响。某些修建年代久远构筑物，对地下隧道施工引起的地面沉降有着严格的要求，如果地面沉降过大造成桥梁开裂甚至损坏，就必须对桥梁进行拆除重建，增加施工成本，在社会上造成恶劣的影响。在目前的穿越施工过程中，对部分沉降要求严格的桥梁，在桥梁墩柱附近路面修建混凝土条形基础，然后装配钢围檩加千斤顶对桥梁墩柱进行托换，随着施工进度采用光栅尺或全站仪监测桥梁的沉降，然后对千斤顶的顶升高度进行人工调整。然而，发明人发现这种方法受人为、环境等因素的影响，存在很大的误差，而且不能实时反映沉降值，在人工调整过程中，很可能沉降较大情况下，桥梁已经下沉，严重情况下，桥梁坍塌，造成的损失都是较大的。因此，如何减小修建隧道开挖土体沉降对上部既有桥梁的影响，是一个具有现实意义的重要技术难题。

综上所述，现有技术存在以下几个问题：

1)装置体积过大，只能用于桥梁养护过程中暂时的顶升过程，并不能用于实时动态控制桥梁沉降的全过程。

2)装置并不能实现实时沉降监测，无法及时作出沉降控制的调整，容易出现重大事故。

综上所述，需要设计适用于隧道下穿桥梁施工过程的桥梁沉降调控装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置，该装置能够实时、准确的顶升桥梁板，减小甚至消除下部土体沉降对桥梁的影响。

适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置的具体方案如下：

适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置，包括设于桥梁侧部的可调高度支撑，可调高度支撑顶部设置压力传感器，且可调高度支撑与桥梁下表面接触，当可调高度支撑与桥梁之间压力发生变化时，调整可调高度支撑的高度保证可调高度支撑对桥梁的支撑以避免桥梁沉降。

上述沉降调控装置的设置，在进行隧道施工中，针对需要下穿桥梁的工程，可以在桥梁原墩柱两侧或者一侧或者圆周进行设置，若原墩柱因施工发生沉降，而本申请的沉降调控装置不仅可实现对桥梁的支撑，而且随着施工的进行，通过压力的检测，实时实现对桥梁的支撑，结构设置简单，控制效果及时有效，消除下部沉降带来的危害。

进一步地，为了方便控制和安装，可调高度支撑包括墩柱和设于墩柱的顶升机构，所述顶升机构为液压油千斤顶或者其他升降机构。

进一步地，为了保证压力传感器的稳定性，所述压力传感器壳体底部设置凸起，顶升机构如千斤顶顶部设置用于与压力传感器底部配合的凹槽，凸起可为十字凸起，凹槽为十字凹槽。

进一步地，所述千斤顶的进油口与油缸体连接，控制器设于墩柱，为可编程控制器，控制器通过屏蔽传输线连接所述压力传感器，接收压力传感器的电磁信号并转换为压力值，控制器通过比较实时压力值与预定阈值的大小，驱动油缸体向千斤顶进油，加压千斤顶，顶升活塞杆及压力传感器，实现对桥梁的支撑。

进一步地，为了保证千斤顶在墩柱的设置稳定性，所述墩柱顶部设置卡槽，所述顶升机构设于卡槽内并突出卡槽设置，卡槽低于千斤顶设置，卡槽外表面与墩柱焊接连接，或者，千斤顶底部与墩柱紧固连接。

进一步地，为了保证梁体支撑的平衡，所述墩柱设有多个，优选两个，两个墩柱分别设于桥梁原墩柱的两侧，每个墩柱顶部均设置所述的顶升机构，多个顶升机构顶部共同设置承压板，相邻的墩柱之间设置连接件，在混凝土沉降发生倾斜时，多个可调高度支撑相互连接，多个压力传感器分别发送信号给控制器，控制器根据不同压力传感器的数据控制不同可调高度支撑的动作。

进一步地，所述承压板顶部设置缓冲垫板，缓冲垫板可为塑胶垫板。

进一步地，所述压力传感器的信号输出端与屏蔽传输线的一端连接，屏蔽传输线的另一端与控制器连接，控制器与可调高度支撑连接。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降方法，通过监测桥梁与可调高度支撑之间的压力变化，来调整可调高度支撑的高度以保持对桥梁的支撑，从而避免桥梁沉降。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降方法，采用所述的适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置。

上述调控方法，包括以下步骤：

1)将顶升机构设于墩柱顶部，顶升机构顶部设置压力传感器；

2)通过控制器控制顶升机构升高，并由控制器每隔设定时间监测压力值的变化，待相邻两次压力值相同或差值小于等于1kPa时，停止顶升工作，顶升机构与墩柱配合实现对桥梁的托换；

3)待顶升机构稳定设定时间后，设定此时的压力值为阈值；

4)在隧道施工过程中，控制器每隔设定时间观测压力计的压力值，若该压力值小于阈值，则控制器继续控制顶升机构继续进行顶升工作，反之，则不需要；

5)一直进行步骤4)的工作，直至隧道施工结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本装置结构简单，操作方便，能够为现场施工人员所接受。

2)本装置能够大幅度降低在既有桥梁沉降控制工作中投入的人力，在一定程度上能降低施工成本，提高施工效率。

3)本装置使用过程中不会对地下隧道修建工期造成影响。

4)利用本装置能够在一定程度上减小人为控制桥梁沉降的误差，提高沉降控制精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例中的整体结构示意图；

图2a为本发明实施例中压力计的结构示意图一；

图2b为本发明实施例中压力计的结构示意图二；

图3为本发明实施例中油压千斤顶的整体结构示意图；

图4为本发明实施例中伺服油缸的结构示意图；

图5为本发明实施例中装置应用示意图；

其中：1-1、压力计，1-2、屏蔽传输线，1-3、伺服油缸，1-4、压力油导管，1-5、千斤顶；

2a-1、承压面板，2a-2、信号输出端，2b-1、十字凸起；

3-1、活塞杆顶头，3-2、千斤顶进油口，3-3、回油阀，3-4、底座；

4-1、控制端口，4-2、导管接口，4-3、控制器，4-4、防水导线，4-5、油缸体；

5、可调高度支撑，6、垫板，7、承压板，8、桥梁，9、混凝土基础，10、墩柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置，包括设于桥梁侧部的可调高度支撑5，可调高度支撑5顶部设置压力传感器，且可调高度支撑5与桥梁8下表面接触，当可调高度支撑5与桥梁8之间压力发生变化时，调整可调高度支撑的高度保证可调高度支撑对桥梁的支撑以避免桥梁沉降。为了方便控制和安装，可调高度支撑5包括墩柱10和设于墩柱10的顶升机构，所述顶升机构为液压油千斤顶或者其他升降机构，墩柱10底部可设于混凝土基础9。

上述沉降调控装置的设置，在进行隧道施工中，针对需要下穿桥梁的工程，可以在桥梁原墩柱两侧或者一侧进行设置，若原墩柱因施工发生沉降，而本申请的沉降调控装置不仅可实现对桥梁的支撑，而且随着施工的进行，通过压力的检测，实时实现对桥梁的支撑，结构设置简单，控制效果及时有效，消除下部沉降带来的危害。

为了方便控制和安装，顶升机构为千斤顶1-5。

为了保证压力计的稳定性，如图2a和图2b所示，压力计1-1上表面安装有承压面板2a-1，承压面板2a-1下安装有振弦，能够对承压面板传递的上部压力产生反应，通过电流激振频率值反映出来。压力计1-1的监测精度为±0.1kPa。压力计1-1壳体底部设置凸起，千斤顶顶部设置用于与压力计1-1底部配合的凹槽，凸起可为十字凸起2b-1，凹槽为十字凹槽，压力计侧部设置信号输出端2a-2用于与屏蔽传输线连接。压力计的信号输出端与屏蔽传输线1-2的一端连接，屏蔽传输线1-2的另一端与所述的控制器连接，屏蔽传输线1-2接头处用防水硅胶做好防水处理。

千斤顶的进油口与油缸体连接，如图4所示，油缸体4-5外有铝合金材质外壳，保护油缸体不受外力作用损坏，以及能及时散发油缸体工作时产生的热量，油缸体侧部设置控制器4-3，控制器4-3的控制端口与压力计连接，控制器通过防水导线4-4与油缸体连接，油缸体一侧的导管接口4-2与压力油导管1-4连通，控制器与设于墩柱一侧的报警器连接，若控制器监测不到压力计的数值，则控制报警器报警，避免意外情况的发生。

如图3所示，千斤顶顶部的活塞杆顶头3-1与压力计固连，千斤顶进油口3-2设于千斤顶底部两侧，千斤顶进油口直径均为25mm，且千斤顶设置回油阀3-3，千斤顶设于千斤顶底座3-4，控制器设于墩柱，为可编程控制器，控制器通过屏蔽传输线连接所述压力计，接收压力计的电磁信号并转换为压力值，控制器通过比较实时压力值与预定阈值的大小，驱动油缸体向千斤顶进油，加压千斤顶，顶升活塞杆及压力计，实现对桥梁的支撑。

其中，锂电池提供控制器及油缸体正常工作所需电力，控制器为PLC控制器，提供少量电力通过屏蔽传输线1-2激振压力计1-1中的振弦，控制器控制电流激振压力计的时间间隔为5秒，屏蔽传输线1-2为φ4mm导线。

为了保证千斤顶在墩柱的设置稳定性，墩柱10顶部设置卡槽，顶升机构设于卡槽内并突出卡槽设置，卡槽低于千斤顶设置，卡槽外表面与墩柱焊接连接，或者，千斤顶底部与墩柱紧固连接。

为了保证梁体支撑的平衡，墩柱10设有多个，优选两个或者四个，两个墩柱10分别设于桥梁原墩柱的两侧，或者四个钢性墩柱围绕墩柱设置，墩柱10之间采用槽钢进行连接，槽钢交叉倾斜焊接于墩柱，组合成钢围檩，每个墩柱顶部均设置所述的顶升机构，多个顶升机构顶部均设置承压板7。承压板7顶部设置缓冲垫板6，缓冲垫板6可为塑胶垫板，通过两个压力计的设置，即使一侧的压力计故障，另一侧的压力计，也能保持工作，继续对桥梁进行支撑。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降方法，采用所述的适用于隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降的装置。

上述调控方法，包括以下步骤：

1)将顶升机构设于墩柱顶部，顶升机构顶部设置压力计，顶升机构与油缸体固连，油缸可设于墩柱侧部；

2)通过控制器控制顶升机构升高，并时刻观察压力值的变化，待相邻两次压力值相同或差值小于等于1kPa时，停止顶升工作，顶升机构与墩柱配合实现对桥梁的托换；

3)待顶升机构稳定设定时间后，设定此时的压力值为阈值，检查导管与千斤顶进油口及伺服油缸接口处的密封性，确保无压力油渗漏；

4)在隧道施工过程中，控制器每隔设定时间观测压力计的压力值，若该压力值小于阈值，则控制器继续控制顶升机构继续进行顶升工作，反之，则不需要；

5)一直进行步骤4)的工作，直至隧道施工结束。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种隧道下穿桥梁施工过程中避免桥梁沉降方法，通过监测桥梁与可调高度支撑之间的压力变化，来调整可调高度支撑的高度以保持对桥梁的支撑，从而避免桥梁沉降。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。