一种盾构隧道线形预警方法技术

本发明专利技术公开了一种盾构隧道线形预警方法，包括步骤：一、计算当前管片环I的实际累计转角；二、计算当前管片环I的实际垒计支距；三、计算垒计支距偏差的残差；四、计算管片环每环垒计支距偏差的残差的标准差；五、计算管片环每环的残差系数；六、计算残差系数震荡值；七、盾构隧道线形预警。本发明专利技术利用计算两两相邻的两环管片轴线之间的夹角并对其进行累计获取当前管片环的实际累计转角，再计算每环管片的实际垒计支距，求取垒计支距偏差的残差标准差和残差系数，获取残差系数震荡值并给出盾构隧道线形预警信号，数据获取不依赖全站仪，不产生测量累计误差，预警及时高效，且精度高，减少盾构管片拼装路线严重偏移的事故。

An early warning method for shield tunnel alignment

【技术实现步骤摘要】
一种盾构隧道线形预警方法
本专利技术属于盾构隧道线形预警
，具体涉及一种盾构隧道线形预警方法。
技术介绍
盾构施工推进过程中，受到开挖面土压力、围岩压力、地层、以及盾构机操作人员水平等影响，盾构管片的真实拼装线形和原设计线形会产生偏离。这一问题也称盾构掘进的蛇形问题。当偏离较小时，及时采取一定的纠偏措施能够使盾构掘进满足原设计线形要求。但是当偏离较大时，盾构纠偏就已经不存在成功可能。这样将会致使盾构机不能按照路线到达接收井，增加工作量、延误工程、增加施工风险。因此，及时对盾构管片实际拼装位置与原设计位置之间的偏差进行预警，提醒盾构施工人员及时发现施工偏差，从而尽早实施纠偏，对保障隧道顺利施工具有重要意义。现有盾构施工推进大多是通过盾构机激光导向系统进行导向并预警，盾构机激光导向系统工作原理是通过全站仪发射的导向激光和标靶单位的角度关系计算出掘进机的方向，结合实际应用的坐标，换算出盾构机同设计轴线的偏差。始发前将设计线路算数据导入导向系统，基点坐标精度等是隧道施工控制的核心和关键。针对这一问题，目前常见的解决方法是人工测量并记录实际轴线坐标数据，将实际数据与原设计坐标进行对比。当发现偏差量超过一定范围后，报告上级主管部门进行处理，该方法具有主观性及时延性，不能及时高效的对轴线偏差状态进行妥善的处理，同时，数据的测量依赖全站仪的精度，一旦全站仪的控制点精度不够或一处测量出现误差，则会给后续所有数据引入误差，造成盾构机激光导向系统输入数据错误，盾构机激光导向系统导向错误而不自知。
技术实现思路
<br>本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种盾构隧道线形预警方法，利用计算两两相邻的两环管片轴线之间的夹角并对其进行累计获取当前管片环的实际累计转角，再计算每环管片的实际垒计支距，求取垒计支距偏差的残差标准差和残差系数，获取残差系数震荡值并给出盾构隧道线形预警信号，数据获取不依赖全站仪，不产生测量累计误差，预警及时高效，且精度高，减少盾构管片拼装路线严重偏移的事故，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、根据公式计算当前管片环I的实际累计转角βI，其中，βI'为当前管片环I的轴线与其前一管片环轴线之间的实际转角，βi'为当前管片环I的前i环管片的轴线与当前管片环I的前i+1环管片的轴线之间的实际转角，i和I均为整数，为当前管片环I的实际半楔形量，为当前管片环I的前i环管片的实际半楔形量，R为管片半径；步骤二、根据公式HzI＝∑LIβI，计算当前管片环I的实际垒计支距HzI，其中，LI为当前管片环I的中心环宽；步骤三、计算垒计支距偏差的残差，过程如下：步骤301、根据公式yz＝HzI-HszI，计算当前管片环I的实际垒计支距和当前管片环I的设计垒计支距之间的偏差yz，其中，HszI为当前管片环I的设计垒计支距；步骤302、对管片环号和每环管片垒计支距偏差进行线性回归，得到管片环号和管片垒计支距偏差之间的线性回归函数Yz＝δ0+δ1X+ε，其中，X为管片环号自变量，δ0为常数，δ1为回归系数，ε为垒计支距偏差的残差，Yz为管片垒计支距偏差因变量；根据管片环号和管片垒计支距偏差之间的线性回归函数Yz＝δ0+δ1X+ε获取管片环每环的垒计支距偏差的残差；步骤四、根据公式计算管片环每环垒计支距偏差的残差的标准差σX，其中，εX为管片环号对应的垒计支距偏差的残差，x为累计环号，为累计环号下的垒计支距偏差的残差均值；步骤五、根据公式计算管片环每环的残差系数sX；步骤六、根据公式计算残差系数震荡值ZD，其中，Xq为起始管片环号，sq为起始管片环号对应的残差系数，XJ为截止管片环号，sJ为截止管片环号对应的残差系数，smax为累计环号下的最大残差系数，Xmax为累计环号下的最大残差系数对应的管片环号；步骤七、盾构隧道线形预警：根据公式计算盾构管片拼装线性拟合误差特征值P；当盾构管片拼装线性拟合误差特征值P＜50时，盾构隧道线形正常，不发出预警信号；当盾构管片拼装线性拟合误差特征值50≤P＜67时，表示盾构管片拼装质量受控，此时盾构隧道线形预警为黄色预警；当盾构管片拼装线性拟合误差特征值67≤P＜100时，表示盾构管片拼装质量偏离设计路线，此时盾构隧道线形预警为橙色预警；当盾构管片拼装线性拟合误差特征值P≥100时，表示盾构管片拼装质量不合格，此时盾构隧道线形预警为红色预警，需停机现场勘查。上述的一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于：步骤一中所述实际半楔形量包括实际水平半楔形量和实际竖向半楔形量，所述实际水平半楔形量包括实际水平左侧半楔形量和实际水平右侧半楔形量，所述实际竖向半楔形量包括实际竖向顶部半楔形量和实际竖向底部半楔形量；所述当前管片环I的实际累计转角包括当前管片环I的实际水平累计转角和当前管片环I的实际竖向累计转角；步骤二中所述当前管片环I的实际垒计支距包括当前管片环I的实际水平垒计支距和当前管片环I的实际竖向垒计支距，所述当前管片环I的设计垒计支距包括当前管片环I的设计水平垒计支距和当前管片环I的设计竖向垒计支距；步骤三中所述管片环每环的垒计支距偏差的残差包括管片环每环的水平垒计支距偏差的残差和管片环每环的竖向垒计支距偏差的残差；步骤四中所述管片环每环垒计支距偏差的残差的标准差包括管片环每环水平垒计支距偏差的残差的标准差和管片环每环竖向垒计支距偏差的残差的标准差；步骤五中所述管片环每环的残差系数包括管片环每环的水平残差系数和管片环每环的竖向残差系数；步骤六中所述残差系数震荡值包括水平残差系数震荡值和竖向残差系数震荡值；步骤七中所述盾构隧道线形预警包括盾构管片拼装水平误差预警和盾构管片拼装竖向误差预警。上述的一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于：步骤一中所述当前管片环为16点位管片环；当所述当前管片环为标准环时，根据公式计算实际水平右侧半楔形量和实际竖向底部半楔形量当所述当前管片环为左转环时，根据公式计算实际水平右侧半楔形量和实际竖向底部半楔形量其中，Δ为当前管片环设计最大楔形量，θy为当前管片拼装点位和圆心的连线与管片最左点和圆心的连线之间的夹角且n为当前管片环拼装点位数，θd为当前管片拼装点位和圆心的连线与管片最高点和圆心的连线之间的夹角且当所述当前管片环为右转环时，根据公式计算实际水平右侧半楔形量和实际竖向底部半楔形量其中，Δ为当前管片环设计最大楔形量，θy为当前管片拼装点位和圆心的连线与管片最左点和圆心的连线之间的夹角且n为当前管片环拼装点位数，θd为当前管片拼装点位和圆心的连线与管片最高点和圆心的连线之间的夹角且上述的一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于：步骤一中所述当前管片环为10点位管片环；当所述当前管片环为标准环时，根据公式计算实际水平右侧半楔形量和实际竖向底部半楔形量当所述当前管片环为左转环时，根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、根据公式

【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据公式计算当前管片环I的实际累计转角βI，其中，β′I为当前管片环I的轴线与其前一管片环轴线之间的实际转角，β′i为当前管片环I的前i环管片的轴线与当前管片环I的前i+1环管片的轴线之间的实际转角，i和I均为整数，为当前管片环I的实际半楔形量，为当前管片环I的前i环管片的实际半楔形量，R为管片半径；
步骤二、根据公式HzI＝∑LIβI，计算当前管片环I的实际垒计支距HzI，其中，LI为当前管片环I的中心环宽；
步骤三、计算垒计支距偏差的残差，过程如下：
步骤301、根据公式yz＝HzI-HszI，计算当前管片环I的实际垒计支距和当前管片环I的设计垒计支距之间的偏差yz，其中，HszI为当前管片环I的设计垒计支距；
步骤302、对管片环号和每环管片垒计支距偏差进行线性回归，得到管片环号和管片垒计支距偏差之间的线性回归函数Yz＝δ0+δ1X+ε，其中，X为管片环号自变量，δ0为常数，δ1为回归系数，ε为垒计支距偏差的残差，Yz为管片垒计支距偏差因变量；
根据管片环号和管片垒计支距偏差之间的线性回归函数Yz＝δ0+δ1X+ε获取管片环每环的垒计支距偏差的残差；
步骤四、根据公式计算管片环每环垒计支距偏差的残差的标准差σX，其中，εX为管片环号对应的垒计支距偏差的残差，x为累计环号，为累计环号下的垒计支距偏差的残差均值；
步骤五、根据公式计算管片环每环的残差系数sX；
步骤六、根据公式计算残差系数震荡值ZD，其中，Xq为起始管片环号，sq为起始管片环号对应的残差系数，XJ为截止管片环号，sJ为截止管片环号对应的残差系数，smax为累计环号下的最大残差系数，Xmax为累计环号下的最大残差系数对应的管片环号；
步骤七、盾构隧道线形预警：根据公式计算盾构管片拼装线性拟合误差特征值P；
当盾构管片拼装线性拟合误差特征值P＜50时，盾构隧道线形正常，不发出预警信号；
当盾构管片拼装线性拟合误差特征值50≤P＜67时，表示盾构管片拼装质量受控，此时盾构隧道线形预警为黄色预警；
当盾构管片拼装线性拟合误差特征值67≤P＜100时，表示盾构管片拼装质量偏离设计路线，此时盾构隧道线形预警为橙色预警；
当盾构管片拼装线性拟合误差特征值P≥100时，表示盾构管片拼装质量不合格，此时盾构隧道线形预警为红色预警，需停机现场勘查。


2.按照权利要求1所述的一种盾构隧道线形预警方法，其特征在于：步骤一中所述实际半楔形量包括实际水平半楔形量和实际竖向半楔形量，所述实际水平半楔形量包括实际水平左侧半楔形量和实际水平右侧半楔形量，所述实际竖向半楔形量包括实际竖向顶部半楔形量和实际竖向底部半楔形量；所述当前管片环I的实际累计转角包括当前管片环I的实际水平累计转角和当前管片环I的实际竖向累计转角；
步骤二中所述当前管片环I的实际垒计支距包括当前管片环I的实际水平垒计支距和当前管片环I的实际竖向垒计支距，所述当前管片环I的...

【专利技术属性】
技术研发人员：安国勇，仇峰涛，徐宏，杨永强，刘丹，安欢，王勇，韩兴博，
申请(专利权)人：中铁一局集团有限公司，中铁一局集团有限公司智能科技分公司，中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61