冻结施工中的温度监测系统总结

三、监测实例——模型试验
拱北隧道冻结法方案
港珠澳大桥珠海连接线工程
施工方案为管幕法+冻结的管幕冻结超 前预加固、三次衬砌结构、洞内多导洞分 部开挖。
顶管
电缆测点
4 5
电缆测点
6 7
1
2
3
冻结施工中 温度监测系统的应用
王金泰
2012.05.23
主要内容
1、冻结施工中的监测 2、温度监测系统原理及构成
3、监测实例——模型试验
一、冻结施工中的监测
人工地层冻结法(Artificial Ground Freezing, AGF)（简 称“冻结法”），是利用人工制冷技术,使地层中的水结冰 , 把天然岩土变成冻土,增加其强度和稳定性,隔绝地下水与地 下工程的联系 , 以便在冻结壁的保护下进行地下工程掘砌施 工的特殊施工技术。其实质是利用人工制冷临时改变岩土 性质以固结地层。
对于已选定的热电偶，当参考温度恒定时，总热电动势就变成测量端 温度 T 的单值函数，即 EAB ( Ｔ , T 0 )= f ( T ) 。
热电偶温度监测系统
数据采集所使用的二次仪表为 Data Taker公司生产的DT80G GeoLogger万用数据采集器， 依据前述热电偶工作原理，该 仪器即为测温时的参考端。 该仪器可通过数据线或者以太网 和计算机主机连接，进而通过在 计算机上安装的DeLogger 数据 监测软件对工程中冻土温度值的 变化进行实时的可视化监测。
二、温度监测系统的原理与构成
热电偶温度监测系统 （-200℃~350℃） “一线总线”测温系统 （-55℃~125℃）
热电偶温度监测系统
将两种不同材料的导体或半 导体A和B焊接起来，构成一 个闭合回路。 当导体A和B的两个接点1和2 之间存在温差时，两者之间 便产生电动势,因而在回路中 形成一定大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就 是利用这一效应来工作的。
热电偶温度监测优缺点 优点：(1)测量精度高。 (2)测量范围广。 (3)构造简单，使用方便，可以自制； (4)万用数据采集器可调整。
缺点：(1)具有一定的非线性； (2)冷端的处理； (3)线路较长时，因感应干扰信号而易产生误差； (4)每测点一对导线，当测点多时导线数量大，不便布线、故 障排除以及系统维护。
热电偶温度监测系统
“一线总线”测温系统 同济大学冻结监 测室研发的冻结法远程 监测系统，实现计算机 自动连续监测。该系统 包括硬件和软件两部分。 其中系统硬件包括传感 器、一次仪表、数据采 集模块、远距离数据传 输模块、计算机、打印 机等。
“一线总线”测温系统 采用美国DALLAS 公司出品的1-wire Bus(一线总线)数字温度 传感器，用于冻土温度 的测量。按照测点位置 的需要，把若干个传感 器装封在耐低温套装内 特制成冻土测温电缆。 根据测点的设计，把测 温电缆置入测温孔中， 测温电缆通过专用接口 接入“一线总线”构成 冻土测温网络。
“一线总线”测温系统 “一线总线”系统的工作 原理可概括为：根据冻结目的设 计好全面的监测方案，根据监测 方案利用钻孔机具钻成测孔，在 相应的测点埋入已经编号、接线 的传感器,将传感器信号线同总 线相连，再由信号采集模块与计 算机相连，设定好计算机监测管 理软件中的各项信息和参数。待 冻结系统开始工作后，便可由系 统自动进行监测,并由管理软件 的查询、报表、显示功能提供冻 结施工实时动态过程,为施工决 策提供相关依据。
一、冻结施工中的监测
盐水冻结： (CaCl2溶液 -55℃） 液氮冻结： (液氮 -195.8℃）
一、冻结施工中的监测
盐水温度(氮气的温度） 冻土温度 分层沉降 孔隙水压力 冻胀力 冻结所形成的冻土帷幕其结构状 态以及冻土性质都是温度的函数，并 且冻土帷幕温度场是随着时间变化的 。 为了保证冻土帷幕的安全和有效 ，必须实时掌握相关的各种参数，尤 其是冻土温度的实时变化情况
热电偶温度监测系统
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导体 A 、 B 称为热电极。
接点 1 通常是焊接在一起的， 测量时将它置于测温场所感受 被测温度，故称为测量端（或 工作端，热 端）。
接点 2 要求温度恒定，称为参 考端（或冷端）。
热电偶温度监测系统
导体 A 和 B 组成的热电偶闭合电路在两个接点处分别由eAB (T) 与 eAB (T0 )两个接触电势 ，又因为 T ＞ T0 ，在导体 A 和 B 中还各有一 个温差电势。所以闭合回 路总热电动势 EAB (T,T0 ) 应为接触电动势和温 差电势的代数和，即：
“一线总线”测温系统优缺点 优点： (1)自动连续监测系统软件， (2)可根据需要调整监测频率，提高监测的精确度； (3)可随时查阅和输出各测点温度及其时间空间变化过程； (4)受外界各种工况以及环境温度变化的影响较小；
缺点：(1)系统的测温范围相对较小，在-120℃以下的低温无 法测试；(2)系统的数据偶尔会出现数据丢失现象，