地铁区间盾构隧道建筑限界的核查方法与流程

[0001]
本发明涉及地铁工程设计技术领域，具体涉及一种地铁区间盾构隧道建筑限界的核查方法。


背景技术：

[0002]
地铁限界是保障地铁安全运行、限制车辆断面尺寸、限制沿线设备安装尺寸及确定建筑结构有效净空尺寸的图形、坐标参数及轮廓尺寸线。由于地铁的车辆运行、设备安装、土建工程等各阶段功能不同，地铁限界又分为车辆限界、设备限界、建筑限界。
[0003]
建筑限界是位于设备限界外，考虑了设备安装后的最小有效界线，任何沿线永久性固定建筑物，包括施工误差值、测量误差值及结构永久变形量在内，均不得侵入建筑限界。盾构施工方法为地铁区间隧道施工的主要工法，施工过程中难免出现施工偏差，导致建筑限界不能满足设计要求，若施工偏差过大会对后续线路调线调坡处理带来很大难度。因此，在隧道施工完毕后对隧道内实测数据进行建筑限界核查和分析对于控制施工精度、保障行车安全具有重要意义。
[0004]
目前，盾构隧道内建筑限界检测主要以测量单位隧道施工测量数据为基础，通过对excel表格进行数据分析处理从而得到限界核查结果。现有方法主要存在以下问题：(1)需要人工识别直线、圆曲线、缓和曲线类型；(2)盾构圆形隧道在曲线地段，采用隧道中心向线路中心内侧偏移的方法来解决轨道超高引起的内外侧不均匀位移量。现有方法利用线性渐变算法计算偏移量，无法和断面里程相对应，计算结果不准确；(3)涉及对excel表格进行手动筛查及计算等操作，费时费力且易出错；(4)需手动编写限界核查报告，效率较低，工作量大。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种地铁区间盾构隧道建筑限界的核查方法，能够快速准确地计算曲线隧道的限界偏移量，从而精确计算限界设计值，实现地铁区间隧道建筑限界的自动核查，并自动生成核查报告，以提高限界核查的准确率及核查效率。
[0006]
本发明所采用的技术方案为：
[0007]
地铁区间盾构隧道建筑限界的核查方法，其特征在于：
[0008]
所述方法包括以下步骤：
[0009]
s1：在地铁区间盾构隧道断面建立基准坐标系；
[0010]
s2：在隧道内壁选择测点，测量并提供测量数据excel表格；
[0011]
s3：读取excel表格信息，计算顶部和底部测点处的高程值及左右两侧测点处的横距值；
[0012]
s4：识别测量数据中区间隧道直线段、圆曲线段、缓和曲线段里程，读取圆曲线段偏移量，并利用内插法计算缓和曲线段偏移量；
[0013]
s5：计算各测点的建筑限界，将计算出的建筑限界和测量数据相比较，判断该隧道
断面是否有测点侵界。
[0014]
步骤s1中，以相切于两钢轨的设计轨顶平面为横轴、以垂直于设计轨顶平面、通过轨距中心点的竖线为纵轴建立基准坐标系，用横轴表示横距值，用纵轴表示高程值。
[0015]
步骤s2中，测点包括高程顶部测点p1、高程底部测点p2、轨面高度h1左侧测点p3、轨面高度h1右侧测点p4、轨面高度h2左侧测点p5、轨面高度h2右侧测点p6、轨面左侧测点p7、轨面右侧测点p8。
[0016]
步骤s3中，利用c#程序读取excel表格信息，计算测点p1、p2处高程值及测点p3～p8处横距值。
[0017]
步骤s3中，读取的execl表格信息应包括：项目名称、区间名称、区间起止里程、断面里程、每个断面对应测点p1、p2处的实测高程值、p3～p8处实测横距值、曲线要素点信息；
[0018]
信息读取完成后，输入轨道结构高度、盾构限界直径、测点高度信息，利用几何关系计算每个断面处各测点横距。
[0019]
步骤s4具体过程如下：
[0020]
s41：识别步骤s3中读取的曲线要素点，并读取每个曲线要素点处圆曲线偏移量、里程信息；
[0021]
s42：根据曲线要素点的分布规则，自动识别出直线段、圆曲线段及缓和曲线段，获取其里程信息，分别存入对应数组中；
[0022]
s43：读取缓和曲线对应的圆曲线段偏移量；
[0023]
s44：根据圆曲线段偏移量和缓和曲线段里程信息，利用内插法计算缓和曲线段每个测量断面里程处的偏移量。
[0024]
步骤s5具体过程如下：
[0025]
s51：根据步骤s3中获得的曲线要素，获得曲线左偏、右偏信息，并规定偏移量的正负号；
[0026]
s52：将步骤s3得到的横距值与步骤s4得到的偏移量求和，得到每个断面测点p3～p8的建筑限界，测点p1、p2的建筑限界为步骤s3得到的高程值；
[0027]
s53：将各测点的建筑限界与实测值相比较，即可得到建筑限界核查结果。
[0028]
所述方法还包括：
[0029]
s6：将侵界隧道断面里程、侵界测点的位置、侵界程度的核查结果信息自动记录在excel表格中并输出。
[0030]
所述方法还包括：
[0031]
s7：将项目信息、核查结果的信息导入word中，自动生成限界核查报告并输出。
[0032]
本发明具有以下优点：
[0033]
(1)本方法采用c#程序读取测量数据，并能够利用曲线标识、曲线要素点的分布规则快速识别曲线类型，为计算缓和曲线偏移量提供了条件。
[0034]
(2)本方法利用线性内插法以及曲线里程信息快速、准确地计算缓和曲线每个断面处偏移量，从而精确计算限界设计值，提高了限界核查的准确率。
[0035]
(3)本方法能够通过软件程序快速得到侵界结果并自动生成word格式限界核查报告、excel格式侵界结果数据，大幅降低了核查时间，解决了传统手动编写报告耗时长、易出错、工作量大等缺点，显著提高了设计人员效率。
附图说明
[0036]
图1为本发明实施例提供的主要步骤流程图。
[0037]
图2为本发明的地铁区间隧道内壁测点分布图。
[0038]
图3为本发明的缓和曲线段偏移量计算原理图。
具体实施方式
[0039]
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
[0040]
本发明涉及一种地铁区间盾构隧道建筑限界的核查方法，具体包括以下步骤：
[0041]
s1：在地铁区间盾构隧道断面以轨面为横轴、线路中心线为纵轴建立基准坐标系，用横轴表示横距值，用纵轴表示高程值；
[0042]
s2：在隧道内壁选择点p1～p8为主要测点，由测量单位进行测量并提供测量数据excel表格；
[0043]
s3：利用c#程序读取excel表格信息，计算测点p1、p2处高程值及测点p3～p8处横距值；
[0044]
s4：识别测量数据中区间隧道直线段、圆曲线段、缓和曲线段里程，读取圆曲线段偏移量，并利用内插法计算缓和曲线段每个断面偏移量；
[0045]
s5：计算每个测点的建筑限界，将计算出的建筑限界和测量数据相比较，判断该隧道断面是否有测点侵界。
[0046]
步骤s2中，测点包括高程顶部测点p1、高程底部测点p2、轨面高度h1左侧测点p3、轨面高度h1右侧测点p4、轨面高度h2左侧测点p5、轨面高度h2右侧测点p6、轨面左侧测点p7、轨面右侧测点p8。
[0047]
步骤s3中，读取的excel表格信息应包括：项目名称、区间名称、区间起止里程、断面里程、每个断面对应测点p1、p2处的实测高程值、p3～p8处实测横距值、圆曲线偏移量、曲线要素信息。
[0048]
信息读取完成后，需输入轨道结构高度、盾构限界直径、测点高度信息，利用几何关系计算各测点横距。
[0049]
步骤s4中识别曲线类型、计算偏移量的具体过程如下：
[0050]
s41：识别步骤s3中读取的曲线要素点，并读取每个曲线要素点处圆曲线偏移量、里程信息；
[0051]
s42：根据曲线要素点的分布规则，自动识别出直线段、圆曲线段及缓和曲线段，获取其里程信息，分别存入对应数组中；
[0052]
s43：读取缓和曲线对应的圆曲线段偏移量；
[0053]
s44：根据圆曲线段偏移量和缓和曲线段里程信息，利用内插法计算缓和曲线段每个测量断面里程处的偏移量。
[0054]
步骤s5具体过程如下：
[0055]
s51：根据步骤s3中获得的曲线要素，获得曲线左偏、右偏信息，并规定偏移量的正负号；
[0056]
s52：将步骤s3得到的横距值与步骤s4得到的偏移量求和，得到每个断面测点p3～p8的建筑限界；测点p1、p2的建筑限界为步骤s3得到的高程值；
[0057]
s53：将各测点的建筑限界与实测值相比较，即可得到建筑限界核查结果。
[0058]
优选地，在步骤s5后还应包括步骤s6：将侵界隧道断面里程、侵界测点的位置、侵界程度等核查结果信息自动记录在excel表格中并输出。
[0059]
进在步骤s6后还应包括步骤s7：将项目信息、核查结果等信息导入word中，自动生成限界核查报告并输出。
[0060]
为更好的解释本发明，以下给出一个具体的实施例：
[0061]
图1是本发明的区间盾构隧道建筑限界核查方法流程，具体包括以下步骤：
[0062]
s1：在地铁区间盾构隧道断面以轨面为横轴、线路中心线为纵轴建立基准坐标系，用横轴表示横距值，用纵轴表示高程值。
[0063]
s2：在隧道内壁选择点p1～p8为主要测点，测点位置详见图2，由测量单位对测点进行测量并提供测量数据excel表格，excel表格内应包含项目名称、区间名称、区间起止里程、断面里程、每个断面对应测点p1、p2处的实测高程值、p3～p8处实测横距值、圆曲线偏移量、曲线要素信息。
[0064]
s3：利用c#程序读取excel表格内所有信息，计算测点p1、p2处高程值及测点p3～p8处横距值。
[0065]
具体计算方法及公式如下：
[0066]
s301：输入轨道结构高度h、盾构限界直径d、测点高度h1、h2；
[0067]
s302：计算测点p1、p2高程，计算公式如下：
[0068]
①
测点p1高程h
p1
＝2d-h
[0069]
②
测点p2高程h
p2
＝h
[0070]
s303：计算测点p3、p4、p5、p6横距，计算公式如下：
[0071]
①
测点p3、p4横距
[0072]
②
测点p5、p6横距
[0073]
s304：计算测点p7、p8横距，计算公式如下：
[0074]
p7、p8横距
[0075]
s4：识别测量数据中区间隧道直线段、圆曲线段、缓和曲线段里程，读取圆曲线段偏移量，并利用内插法计算缓和曲线段每个断面偏移量；具体步骤如下：
[0076]
s401：识别步骤s3中读取的曲线要素点，并获得每个曲线要素点处圆曲线偏移量、里程信息；
[0077]
s402：曲线要素点的分布规则为：直线段-直缓点-缓和曲线段-缓圆点-圆曲线段-圆缓点-缓和曲线段-缓直点-直线段，详见图3。根据曲线要素点的分布规则，自动识别出直线段、圆曲线段及缓和曲线段，获取其里程信息，分别存入各曲线段对应数组中；
[0078]
s403：读取缓和曲线对应的圆曲线段偏移量，存入缓和曲线段对应数组；读取圆曲线对应的圆曲线段偏移量，存入圆曲线段对应数组；
[0079]
具体地，圆曲线段偏移量为固定值，直线段偏移量为零，缓和曲线段偏移量需通过下述步骤计算；
[0080]
s404：根据圆曲线段偏移量和缓和曲线段里程信息，利用内插法计算缓和曲线段
每个测量断面里程处的偏移量。具体地，计算原理图如图2，计算方法如下：
[0081]
根据曲线要素点的分布规则，缓和曲线段分为两类，分别位于圆曲线段的相邻两侧，其偏移量计算公式分别如下：
[0082]
①
圆曲线段左侧偏移量：
[0083]
②
圆曲线段右侧偏移量：
[0084]
公式
①
中，表示缓和曲线数组中，圆曲线段左侧缓和曲线第i个断面处的偏移量，zh表示直缓点，hy表示缓圆点；δ
y
表示圆曲线段偏移量；表示缓和曲线数组中，圆曲线段左侧缓和曲线第i个断面处的里程；d
zh
表示直缓点的里程，d
hy
表示缓圆点的里程。
[0085]
公式
②
中，表示缓和曲线数组中，圆曲线段右侧缓和曲线第i个断面处的偏移量，yh表示圆缓点，hz表示缓直点；δ
y
表示圆曲线段偏移量；表示缓和曲线数组中，圆曲线段右侧缓和曲线第i个断面处的里程；d
yh
表示圆缓点的里程，d
hz
表示缓直点的里程。
[0086]
s5：计算每个测点的建筑限界，将计算出的建筑限界和测量数据相比较，判断该隧道断面是否有测点侵界。
[0087]
s501：根据步骤s3中获得的曲线要素，获得曲线左偏、右偏信息，并规定偏移量的正负号；
[0088]
s502：将步骤s3得到的横距值与步骤s4得到的偏移量求和，得到每个断面处，测点p3～p8的建筑限界；测点p1、p2的建筑限界为步骤s3得到的高程值；
[0089]
s503：将各测点的建筑限界与实测值相比较，即可得到建筑限界核查结果。若测点p1、p2实测高程值小于计算建筑限界，则该测点侵界；若测点p3～p8实测横距值小于计算建筑限界，则该测点侵界。将实测值与计算建筑限界求查值，即可表示侵界程度。
[0090]
s6：将侵界隧道断面里程、侵界测点的位置、侵界程度等核查结果信息自动记录在excel表格中并输出。
[0091]
s7：将项目信息、核查结果等信息导入word中，自动生成限界核查报告并输出。核查结果应包括侵界断面数量、侵界断面里程、侵界测点位置、侵界程度等信息。
[0092]
采用本方法能够快速准确的获得限界核查结果，并且能够将结果显示在软件界面上，且能够自动生成核查结果表格及核查报告等成果性文件，大大提高了核查效率。本方法对地铁区间盾构隧道进行限界核查，能够将工作耗时缩短80％以上，准确率可达100％。
[0093]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。