一种盾构隧道管片信息可视化建模方法与流程

本发明属于盾构隧道管片建模技术领域，具体涉及一种盾构隧道管片信息可视化建模方法。

背景技术：

近年来，盾构法施工已经在隧道施工中占据了主导地位，成为城市隧道施工的主要形式。管片的拼装是盾构施工过程中一项重要的技术。目前，工程上对于盾构管片的排版和拼装主要有分为二维和三维两种方式。其中，二维的管片排版仅在纵断面上根据管片的宽度进行排版，根据管片的里程和标高来确定管片的空间位置；而目前三维的管片排版面向通用型管片，根据地质勘测用三次样条曲线拟合隧道轴线，利用图形平台建立管片的三维模型，在一定程度上展示管片的三维拼装情况。

国内对管片排版与拼装相关的计算方法有一定的研究，上述二维的管片排版方式中，里程和标高只能得出一个粗略的值，不能精确显示每环管片间拼装空隙，对于指导管片拼装作用不大；而上述通过图形平台建立管片拼装的三维模型存在以下问题：只针对通用管片，适用范围受限；以三次光滑样条曲线来代替隧道轴线与实际的折线不符，存在误差；管片拼装的三维模型不能反映管片与管片间的重叠与张开，未实现真正的可视化，且不能根据施工测量实时调整更新模型；通过计算建立的管片拼装三维模型只是一个示意性的模型。

而且随着盾构隧道投入运营，运营期的隧道需要长期监测，一旦变形或沉降过大，将会影响其服役功能，这时候可能需要查看管片前期的一些数据来进行分析，以决定采用何种加固方式。因此，盾构施工对管片拼装质量的要求很高，在管片选型时一定要非常慎重，最好在施工前对管片的排版有一个可视化的直观认识。

技术实现要素：

本发明为了解决上述管片排版复杂、效率低、定位不准确等技术问题，提供一种管片排版方便，仿真度高、效率高的盾构隧道管片信息可视化建模方法。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法，包括以下步骤：

S1、根据衬砌环参数、隧道设计轴线信息，在图形平台中建立管片环；

S2、根据盾构隧道线路的平曲线要素和竖曲线要素，以理论隧道中心线与管片中心线之间的偏差最小值为标准，计算每环管片的拼装点位和管片类型；

S3、根据盾构隧道管片拼装点和管片类型数据，将S1中创建的管片环元件放置到对应的拼装点位。

进一步地，所述S3中将管片环放置到对应的拼装点位的方法，包括S31：通过选取管片环中任意三个不共线的点的坐标位置拼装。

进一步地，所述S3中将管片环放置到对应的拼装点位，包括：

S301通过选取管片环的拼装起始面隧道中心A点坐标和拼装完成面隧道中心B点坐标；

S302、将管片环相对A点与B点连线旋转的一定角度；

其中，后一管片环的拼装起始面隧道中心A点坐标和前一管片环的拼装完成面隧道中心B点坐标重合。

进一步地，所述管片环旋转的角度为初始角a±(360°/M)*N，其中初始角a为当前环纵向螺栓孔与上一环最近纵向螺栓孔之间的夹角；M为管片环上的螺栓组数，N为1～M中的整数；角度为正时，当前环顺/逆时针旋转，角度为负时，当前环逆/顺时针旋转。

进一步地，所述管片环包括标准环、左转弯环、右转弯环以及通用管片环。

进一步地，在S1步骤中，创建管片环后，添加管片环的非几何信息。

进一步地，所述非几何信息包括管片环号、里程、设计单位、施工单位、混凝土等级、钢筋保护层厚度、主筋规格、螺栓厂家、螺栓规格、封堵帽规格。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法，通过整环管片的拼装，简化了管片的定位，简化了后台动作的程序，而且提高了定位精度，使得建模的管片与现实的管片施工拼装一致，方便后期随时查看隧道的情况，并且提高了建模的效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是采用本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法创建的管片环结构；

图2是采用本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法建模的隧道管片的整体示意图；

图3是采用本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法建模的隧道管片的错缝、通缝拼装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图3所示，本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法，包括以下步骤：

S1、根据衬砌环参数、隧道设计轴线信息，在图形平台中建立管片环1；所述管片环1包括标准环(S)、左转弯环(L)、右转弯环(R)以及通用管片环。所述管片环1通过螺栓拼装。创建管片环后，添加管片环的非几何信息。所述非几何信息包括管片环号、里程、设计单位、施工单位、混凝土等级、钢筋保护层厚度、主筋规格、螺栓厂家、螺栓规格、封堵帽规格。

S2、根据盾构隧道线路的平曲线要素和竖曲线要素，以理论隧道中心线与管片中心线之间的偏差最小值为标准，计算每环管片的拼装点位和管片类型；

S3、根据盾构隧道管片拼装点和管片类型数据，将S1中创建的管片环元件放置到对应的拼装点位，并旋转一定的角度。

所述S3中将管片环放置到对应的拼装点位，包括S31、通过选定管片环中任意三个不在同一直线上的点的坐标位置进行拼装。

本实施例中，所述S3中将管片环放置到对应的拼装点位，包括，S301、通过选定管片环的拼装起始面隧道中心A点坐标和拼装完成面隧道中心B点坐标，S302、将管片环相对A点与B点连线旋转一定角度来确定拼装管片环的位置。其中后一管片环的拼装起始面隧道中心A点坐标和前管片环的拼装完成面隧道中心B点坐标重合。所述管片环1通过通缝或错缝拼装，通过旋转的角度来定位，初始角a±(360°/M)*N，其中初始角a为当前环纵向螺栓孔与上一环最近纵向螺栓孔之间的夹角；M为管片环上的螺栓组数，N为1～M中的整数；角度为正时，当前环顺/逆时针旋转，角度为负时，当前环逆/顺时针旋转。

本发明所述盾构隧道管片信息可视化建模方法工作原理是：

本发明通过一环一环模拟拼装盾构隧道管片，通过定位管片环上的任意三个不在同一直线上的点，即可完成管片环的定位拼装，也可以通过管片环上的两个点坐标和一旋转角度来确定管片环的位置，本发明方法简单，模拟定位精确，为后续的施工，施工完成后查看工程状况提供了良好的参照。而且包含了非几何的信息，建立管片全生命周期中的数据库，为运营期的维护提供更多的依据。

本实施例所述盾构隧道管片信息可视化建模方法的其它结构参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。