基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法技术

一种基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，属于隧道结构变形监测领域。本发明专利技术构建了隧道结构高密度测点应变与纵向整体沉降变形的转换关系模型，提出了考虑挤压效应与剪切效应的隧道结构附加沉降变形量计算方法，利用结构有限元模型修正算法理论，建立了考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变形量修正值计算方法。该方法以分布式光纤传感技术提供的高密度测点应变监测数据为基础，依托共轭梁与结构有限元模型修正理论，建立考虑纵向弯曲附加效应的隧道结构附加沉降变形量计算方法，解决了利用分布式光纤应变监测数据进行隧道结构纵向沉降变形定量计算的难题，与现有方法相比，提高了基于应变测试数据的隧道结构纵向沉降变形计算精度。构纵向沉降变形计算精度。构纵向沉降变形计算精度。

【技术实现步骤摘要】
基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法


[0001]本专利技术属于隧道结构变形监测领域，特别涉及一种基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法。

技术介绍

[0002]准确监测隧道结构纵向沉降变形演变规律能够有效保障隧道结构的运营安全。采用自动全站仪、水准仪等常规手段进行隧道结构纵向沉降变形监测时，往往由于测点数量有限导致监测断面数量较少；同时，隧道通常线路较长，使得上述技术存在无法通视的问题。分布式光纤传感技术提供的高密度测点应变监测数据，为解决上述问题提供了一种有效手段。但是，现有基于应变测试数据进行隧道结构纵向沉降变形转换算法均假定隧道结构为实体连续梁。这种假设忽略了由弯曲效应引起的局部附加变形，使得变形转换算法存在一定误差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有基于应变测试数据进行隧道结构纵向沉降变形转换算法存在一定误差的问题，提供一种基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，实现利用隧道结构安全分布式光纤监测系统提供的高密度测点应变监测数据，进行隧道结构纵向沉降变形的精确定量计算，可有效考虑隧道结构纵向弯曲效应对沉降变形的影响，提高基于分布式光纤应变监测数据的隧道结构沉降变形计算精度。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0005]基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，所述方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：利用全分布光纤传感器获取的隧道结构高密度测点应变监测数据，构建基于共轭梁理论的半无限地基约束下隧道结构连续梁模型，建立隧道结构高密度测点应变与纵向整体沉降变形的转换关系模型，计算得到隧道纵向沉降变形量；
[0007]步骤二：构建隧道结构附加沉降变形计算力法基本结构，计算连续均质空心管假设条件下隧道纵向弯曲附加效应产生的沉降变形量；在此基础上，考虑实际隧道纵向连接刚度及地基反力约束作用，计算得到纵向弯曲引起的挤压效应下隧道结构附加沉降变形量；
[0008]步骤三：构建纵向不均匀沉降和弯曲变形引起的剪切效应方程，计算剪切效应下隧道结构附加沉降变形量，联合步骤一与步骤二的变形量计算结果，获得考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变量；
[0009]步骤四：利用隧道结构实际量测数据，建立基于复摄动灵敏度的隧道结构修正后有限元模型，获取隧道结构围岩物理参数的修正后结果，利用修正后的围岩物理参数，计算得到考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变形量修正值。
[0010]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术构建了隧道结构高密度测点应变与
纵向整体沉降变形的转换关系模型，提出了考虑挤压效应与剪切效应的隧道结构附加沉降变形量计算方法，利用结构有限元模型修正算法理论，建立了考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变形量修正值计算方法。该方法以分布式光纤传感技术提供的高密度测点应变监测数据为基础，依托共轭梁与结构有限元模型修正理论，建立考虑纵向弯曲附加效应的隧道结构附加沉降变形量计算方法，解决了利用分布式光纤应变监测数据进行隧道结构纵向沉降变形定量计算的难题，具有良好的鲁棒性，与现有方法相比，提高了基于应变测试数据的隧道结构纵向沉降变形计算精度。
附图说明
[0011]图1为基于高密度测点应变的隧道结构纵向沉降变形定量计算方法流程图。
[0012]图2为实施例1隧道监测区段左侧光纤应变分布图。
[0013]图3为实施例1隧道监测区段右侧光纤应变分布图。
[0014]图4分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S0断面量测结果图。
[0015]图5分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S1断面量测结果图。
[0016]图6分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S2断面量测结果图。
[0017]图7分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S3断面量测结果图。
[0018]图8分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S4断面量测结果图。
[0019]图9分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S5断面量测结果图。
[0020]图10分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S6断面量测结果图。
[0021]图11分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S7断面量测结果图。
[0022]图12分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S8断面量测结果图。
[0023]图13分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S9断面量测结果图。
[0024]图14分别为实施例1隧道沉降变形工程Y
‑
S
10
断面量测结果图。
[0025]图15为实施例1隧道结构沉降变形现有算法结果与实测值对比图。
[0026]图16为实施例1隧道结构沉降变形所提算法结果与实测值对比图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修正或等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围之中。
[0028]具体实施方式一：本实施方式记载的是基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
[0029]步骤一：利用全分布光纤传感器获取的隧道结构高密度测点应变监测数据，构建基于共轭梁理论的半无限地基约束下隧道结构连续梁模型，建立隧道结构高密度测点应变与纵向整体沉降变形的转换关系模型，计算得到隧道纵向沉降变形量；
[0030]步骤二：构建隧道结构附加沉降变形计算力法基本结构，计算连续均质空心管假设条件下隧道纵向弯曲附加效应产生的沉降变形量；在此基础上，考虑实际隧道纵向连接刚度及地基反力约束作用，计算得到纵向弯曲引起的挤压效应下隧道结构附加沉降变形量；
[0031]步骤三：构建纵向不均匀沉降和弯曲变形引起的剪切效应方程，计算剪切效应下隧道结构附加沉降变形量，联合步骤一与步骤二的变形量计算结果，获得考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变量；
[0032]步骤四：利用隧道结构实际量测数据，建立基于复摄动灵敏度的隧道结构修正后有限元模型，获取隧道结构围岩物理参数的修正后结果，利用修正后的围岩物理参数，计算得到考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变形量修正值。
[0033]本专利技术针对如何提高基于应变测试数据的隧道结构纵向沉降变形计算精度的问题，提出了基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法。首先，依托共轭梁理论，构建半无限地基上的隧道结构连续梁模型，提出了隧道结构高密度测点应变与纵向整体沉降变形的转换算法；其次，分析了隧道结构纵向弯曲引起的附加内力对沉降变形的影响规律，提出了考虑纵向弯曲效应下盾构隧道结构附加沉降变形计算方法；在此基础上，进一步考虑地层围岩物理参数对变形计算的影响，提出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：利用全分布光纤传感器获取的隧道结构高密度测点应变监测数据，构建基于共轭梁理论的半无限地基约束下隧道结构连续梁模型，建立隧道结构高密度测点应变与纵向整体沉降变形的转换关系模型，计算得到隧道纵向沉降变形量；步骤二：构建隧道结构附加沉降变形计算力法基本结构，计算连续均质空心管假设条件下隧道纵向弯曲附加效应产生的沉降变形量；在此基础上，考虑实际隧道纵向连接刚度及地基反力约束作用，计算得到纵向弯曲引起的挤压效应下隧道结构附加沉降变形量；步骤三：构建纵向不均匀沉降和弯曲变形引起的剪切效应方程，计算剪切效应下隧道结构附加沉降变形量，联合步骤一与步骤二的变形量计算结果，获得考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变量；步骤四：利用隧道结构实际量测数据，建立基于复摄动灵敏度的隧道结构修正后有限元模型，获取隧道结构围岩物理参数的修正后结果，利用修正后的围岩物理参数，计算得到考虑附加效应的隧道结构纵向沉降变形量修正值。2.根据权利要求1所述的基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，其特征在于：所述步骤一具体为：(1)利用沿隧道走向布设的全分布式传感光缆，采集获得高密度测点应变的监测数据，由下式计算获得任意第i个测点处隧道截面弯曲曲率κ
i
，即式中，κ
i
‑
表示光纤第i个测点处隧道结构的弯曲曲率；i＝1,2,
…
,n，n
‑
表示光纤应变测点总数量；ε
z,i
‑
表示光纤布设位置处隧道结构纵向应变；z
i
‑
表示光纤布设位置至截面中性轴之间的距离；(2)利用共轭梁理论，由下式计算隧道纵向任意第j点处沉降变形，即式中，j＝1,2,
…
,n，j≠i，V
j
‑
表示j处的沉降变形；V0‑
表示光纤布设的隧道起点处的沉降变形；V
n
‑
表示n处的沉降变形；Δl
‑
表示按光纤两个应变测点间的隧道区段长度。3.根据权利要求1所述的基于高密度测点应变的隧道纵向沉降变形定量计算方法，其特征在于：所述步骤二具体为：(1)根据隧道纵向弯曲挤压效应作用机理，由如下公式计算挤压效应下的隧道结构附加沉降变形，即式中，
‑
表示挤压效应下的隧道结构附加沉降变形；C
‑
表示隧道衬砌结构的厚度；κ
‑
表示隧道结构弯曲曲率；R
‑
表示隧道结构曲率半径；I
o
‑
表示隧道横断面惯性矩；(2)采用下式计算由土体抗力引起的断面竖直方向变形，即
式中，
‑
表示挤压效应下的隧道结构附加沉降变形；k
‑
表示地基系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李虎，孙杰，许庚，门燕青，王永亮，
申请(专利权)人：济南城建集团有限公司济南轨道交通集团有限公司，
类型：发明
国别省市：