一种盾构隧道接头张开变形分析方法与流程

本发明涉及隧道结构检测
技术领域：
，更进一步地涉及一种盾构隧道接头张开变形分析方法。
背景技术：
：隧道结构变形直接关系到车辆行驶平顺度及行驶安全，隧道的接头变形是盾构隧道变形最常见的形式。接头变形造成隧道整体结构变形，而且会产生接缝漏水、管片破损等病害，严重影响隧道结构的健康状况，因此，隧道接头变形病害及评估是隧道健康评估的重要组成部分。传统的盾构接头变形评估主要采用直接测量的方法，最传统的方式是通过人眼目视估测、直尺测量管片接头变形，主观性较大、精度很低。也有在接头的两侧分别安装位移测量装置，检测接头两侧位移变化计算管片的接头张开量。还有在接头内布置内嵌钢丝弹簧的橡胶筒，根据橡胶筒内水体积的变化间接得到接头的变形量。由于盾构隧道内具有数以万计的管片接头，直接检测方法存在费用高、效率低的问题，而且实际操作时非常烦琐，不利于快速测量。因此，如何设计一种测量过程简单快速的管片接头变形检测方法，是目前本领域的技术人员需要解决的技术问题。技术实现要素：本发明提供一种盾构隧道接头张开变形分析方法，能够避免主观测量的误差，测量过程快速准确，检测成本低，不仅可以得到隧道内表面的接头张开情况，而且能得到隧道外表面的接头张开情况。一种盾构隧道接头张开变形分析方法，包括：从每块隧道管片内表面上至少选取一个检测点M；测量相邻的两块所述隧道管片上所述检测点M之间的距离，得到实际弦长L＇；比较所述实际弦长L＇与原始弦长L之间的关系，判断所述隧道管片之间隧道接头的变形状态；当L＇＝L，所述隧道接头无张开现象；当L＇>L，所述隧道接头为内张开；当L＇<L，所述隧道接头为外张开。可选地，所述检测点M选取在每块所述隧道管片内表面的中心点。可选地，当所述隧道接头为内张开，张开角Δθ按以下公式计算：Δθ=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>其中，α、β分别为相邻两个所述隧道管片的圆心角，r为所述隧道管片的内半径，R为所述隧道管片的外半径。可选地，当所述隧道接头为外张开，张开角Δθ按以下公式计算：Δθ=arccosC2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>其中，α、β分别为相邻两个所述隧道管片的圆心角，r为所述隧道管片的内半径，R为所述隧道管片的外半径。可选地，所述实际弦长L＇通过全站仪、三维激光扫描仪、红外摄像仪或经纬仪检测获取。可选地，所述原始弦长L根据结构设计得到、或者隧道竣工后实测得到。本发明提供了一种盾构隧道接头张开变形分析方法，包括以下步骤：从每块隧道管片内表面上至少选取一个检测点M；连接相邻两个管片上的检测点M，测量相邻的两块隧道管片上检测点M连线的距离，得到实际弦长L＇；比较实际弦长L＇与原始弦长L之间的关系，判断隧道管片之间隧道接头的变形状态；当L＇＝L，隧道接头无张开现象；当L＇>L，隧道接头为内张开；当L＇<L，隧道接头为外张开。本发明无需安装接头变形检测设备，实现非接触式无损检测，避免了人的主观性和接头损坏时产生的误差，在接头损坏或张开角较小的情况下，也可以准确得到接头变形值，成本低。不需要进行大量图像处理技术、无复杂算法、应用具有针对性，不仅可以得到隧道内表面的接头张开情况，而且能得到隧道外表面的接头张开情况。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示，为本发明提供的盾构隧道接头张开变形分析方法的流程图；图2为两个相邻的隧道管片无张开状态下的结构示意图；图3为两个相邻的隧道管片内张开状态下的结构示意图；图4为两个相邻的隧道管片外张开状态下的结构示意图；图5为隧道无变形状态下的整体结构示意图；图6为隧道变形状态下的整体结构示意图。具体实施方式本发明的核心在于提供一种盾构隧道接头张开变形分析方法，能够避免主观测量的误差，测量过程快速准确，检测成本低，不仅可以得到隧道内表面的接头张开情况，而且能得到隧道外表面的接头张开情况。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的盾构隧道接头张开变形分析方法进行详细的介绍说明。如图1所示，为本发明提供的盾构隧道接头张开变形分析方法的流程图。一种盾构隧道接头张开变形分析方法，包括以下步骤：S1、从每块隧道管片内表面上选取检测点M，可为一个、两个或多个。S2、测量相邻的两块隧道管片上检测点M之间的距离，得到实际弦长L＇，一般地，在每块隧道管片上选取一个检测点M即可，连接相邻的两个隧道管片上的检测点M，测量得到实际弦长L＇，若选取多个不同的检测点M，可检测得到多个实际弦长L＇，可用于验证准确度。S3、比较实际弦长L＇与原始弦长L之间的关系，判断隧道管片之间隧道接头的变形状态：当L＇＝L，隧道接头无张开现象；当L＇>L，隧道接头为内张开；当L＇<L，隧道接头为外张开。如图2至图4所示，分别表示两个相邻的隧道管片在无张开、内张开和外张开状态下的结构示意图，其中，p11、p12、p13、p14分别为左侧隧道管片四个顶角，p12、p14为外侧的两个顶角，p21、p22、p23、p24分别为右侧隧道管片的四个顶角，p22、p24为外侧的两个顶角。不张开就是p11与p21、p12与p22分别紧贴；内张开就是p12与p22紧贴，p11与p21分离；外张开就是p11与p21紧贴，p12与p22分离。本发明不同于传统的直接测量方法，无需安装接头变形检测设备，为非接触式无损检测方法，避免了人的主观性和检测成本高的问题。在隧道内表面取点，避免了接头损坏时产生的误差。在接头损坏或张开角较小的情况下，也可以准确得到接头变形值。无需大量图像处理技术、没有复杂算法、应用具有针对性，具有效率高、更具推广性的特点。除此之外，不仅可以得到隧道内表面的接头张开情况，而且能得到隧道外表面的接头张开情况。在上述基础上，检测点M选取在每块隧道管片内表面的中心点。中心点的位置更容易确定，而且位于隧道管片的对称面上，利于简化计算。需要注意的是，本发明连接相邻两个隧道管片上检测点M形成的直线与隧道的轴线垂直，方便后续计算过程。如图5所示，本发明设置有六块隧道管片，分别标记为1、2、3、4、5、6，在每个隧道管片分别选取中心点，标记为M1、M2、M3、M4、M5、M6，1号隧道管片对应M1，以此类推。分别连接M1和M2、M2和M5、M5和M6、M6和M4、M4和M3、M3和M1，上述连线表示原始弦长L。如图6所示，为盾构隧道变形时的整体结构图。分别连接M＇1和M＇2、M＇2和M＇5、M＇5和M＇6、M＇6和M＇4、M＇4和M＇3、M＇3和M＇1，上述连线表示实际弦长L＇。在完成步骤S3完成张开形式的判断后，进行步骤S4、根据弦长L与张开角Δθ的对应关系，求出张开角。具体地，本发明还给出一种弦长及张开角的对应关系：1)当隧道接头无张开现象，张开角Δθ＝0。2)当隧道接头为内张开，张开角Δθ与弦长的关系为：Δθ=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>其中，α、β分别为相邻两个隧道管片的圆心角，r为隧道管片的内半径，R为隧道管片的外半径。下面给出张角与弦长之间关系的解析推导：M1P122=R2+r2-2Rrcosα2]]>M2P222=R2+r2-2Rrcosβ2]]>令变形前：cos∠M1P12(P22)M2=M1P122+M2P222-L22M1P12M2P22==A+B-L22AB]]>∠M1P12(P22)M2=arccosA+B-L22AB]]>变形后：cos∠M1P12(P22)M2′=M1P122+M2P222-L′22M1P12M2P22==A+B-L′22AB]]>∠M1P12(P22)M2′=arccosA+B-L′22AB]]>Δθ=∠M1P12(P22)M2′-∠M1P12(P22)M2=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>式中，α、β分别为相邻两个隧道管片的圆心角，r为隧道管片的内半径，R为隧道管片的外半径，Δθ为两管片张开角。3)当隧道接头为外张开，张开角Δθ与弦长的关系为：Δθ=arccosC2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>其中，α、β分别为相邻两个隧道管片的圆心角，r为隧道管片的内半径，R为隧道管片的外半径。下面给出张角与弦长之间关系的解析推导：L＞L′时，隧道接头为图3所示的外张开：M1P11=2rsinα4]]>M2P21=2rsinβ4]]>令变形前：cos∠M1P11(P22)M2=M1P112+M2P212-L22M1P11M2P21=C2+D2-L22CD]]>∠M1P11(P22)M2=arccosC2+D2-L22CD]]>变形后：cos∠M1P11(P22)M2′=M1P112+M2P212-L′22M1P11M2P21=C2+D2-L′22CD]]>∠M1P11(P22)M2′=arccosC2+D2-L′22CD]]>Δθ=∠M1P11(P22)M2-M1P11(P22)M2′=arccos=C2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>式中，α、β分别为相邻两个隧道管片1的圆心角，r为隧道管片1的内半径，R为隧道管片1的外半径，Δθ为两管片张开角。在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，实际弦长L＇通过全站仪、三维激光扫描仪、红外摄像仪或经纬仪等方式进行检测获取。同样地，原始弦长L可根据结构设计得到、或者隧道竣工后实测得到。基于上述原理，本发明在此提供一种具体的实例：某城市地铁盾构隧道包括六块管片：一块封顶块、两块邻接块、三块标准块。管片内半径r＝2.75m，管片外半径R＝3.1m。根据结构设计，各个管片间弦长原始长度：L12＝1.9036438m，L25＝2.9551478m，L56＝3.3291169m，L64＝3.3291169m，L43＝2.9551478m，L31＝1.9036438m。盾构隧道结构发生如图6所示的结构变形时，通过全站仪、三维激光扫描仪、红外摄像仪、经纬仪等检测方法，可以获得隧道结构变形后的各个管片间的实际弦长值：L12′＝1.8960267m，L25′＝2.9590328m，L56′＝3.3250023m，L64′＝3.3360245m，L43′＝2.9442954m，L31′＝1.9137885m。从而可得：L12＞L′12，L25＜L25′，L56＞L56′，L64＜L64′，L43＞L43′，L31＜L31′根据上述计算公式得到：Δθ12＝3.7305286°；Δθ25＝0.2858057°；Δθ56＝0.4250966°；Δθ64＝0.4411152°；Δθ43＝1.4138873°；Δθ31＝1.3016645°。其中，Δθ12为1号隧道管片与2号隧道管片间的张开角，Δθ25为2号隧道管片与5号隧道管片间的张开角，Δθ56为5号隧道管片与6号隧道管片间的张开角，Δθ64为6号隧道管片与4号隧道管片间的张开角，Δθ43为4号隧道管片与3号隧道管片间的张开角，Δθ31为3号隧道管片与1号隧道管片间的张开角。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。当前第1页1 2 3