本发明专利技术涉及一种基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，包括1）建立弹性密封垫超弹性体有限元模型；2）建立弹性密封垫水劈裂数值模型；3）地下水渗漏压力和密封垫的平均接触应力关系进行拟合；4）实时监测接触面的接触应力；5）求出根据实测接缝基础压力获得接缝防水压力；6）计算作用盾构管片接缝的地下水压力；7）初步判别；8）对初步判断情况进行修正，可作为隧道长期运营维护的依据。优点：可以实时掌握盾构隧道接缝接触应力情况，对于盾构隧道接缝防水风险控制和运营维护具有直观的判断，具有重要的意义；概念清晰、成本低廉、操作方便，便于现场工作人员应用，也为后期隧道的运维提供依据和方法。道的运维提供依据和方法。道的运维提供依据和方法。
【技术实现步骤摘要】
基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法
[0001]本专利技术是一种基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，属于地下工程施工
技术介绍
[0002]盾构隧道法已经成为了城市隧道建设的主流方法，在我国四十多个大中城市地铁隧道建设中得到了广泛的应用。但是在追求高速度建设的同时，也带来不少问题，其中管片接缝渗漏问题比较普遍，给地铁运营安全带来不少隐患。盾构掘进时，是通过千斤顶作用在后方拼装的管片上为盾构机的掘进提供前进的推力，同时该推力又传导到管片环接缝上，增大管片环接缝橡胶接触应力有利于管片环接缝的防水提高。随着盾构掘进工程完工，该推力的释放将使得环接缝的橡胶接触应力逐步松弛，降低了管片环接缝的防水性能。同时，随着地铁隧道运营年限的增加，弹性密封垫存在橡胶老化逐年加速的趋势，也将逐年降低其密封性能。隧道特别是水下隧道防渗安全需要经常性的安检，但也不能确保不会出现重大风险。
技术实现思路
[0003]本专利技术提出的是一种基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，其目的在于针对上述缺陷，应用薄膜面积压力传感器技术，便于实施掌控隧道接缝防水的安全，从而对隧道管片接缝渗漏风险进行实时判断，对盾构隧道接缝防水能力可以在运营期做出更加直观、准确的判断。。
[0004]本专利技术的技术解决方案：基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，包括如下步骤：
[0005]S1、选取弹性密封垫，建立弹性密封垫超弹性体有限元模型，确定其在不同张开量和错台量下的密封垫接触面的平均接触应力P
c
；
[0006]S2、建立弹性密封垫水劈裂数值分析，确定其在不同张开量和错台量下的地下水渗漏压力P
u
；
[0007]S3、拟合地下水渗漏压力和密封垫的平均接触应力两者之间的密封系数K，两者关系式P
u
＝K
·
P
c
；
[0008]S4、在弹性密封垫接触面上安装薄膜压力传感器和监测信号传输设备，实时监测该接触面的接触应力P
cm
；
[0009]S5、代入平均接触应力和地下水渗漏压力关系式P
um
＝K
·
P
cm
求出根据实测接缝基础压力获得接缝防水压力P
um
；
[0010]S6、根据该盾构隧道的埋深和地下水埋藏深度计算作用盾构管片接缝的地下水压力P
w
；
[0011]S7、根据K＝P
um
/P
w
对盾构管片接缝防水风险进行初步判别：若K≥2.0，管片接缝防水处于安全区域；若1.6≤K<2.0，管片接缝防水处于低风险区域；若1.3≤K<1.6，管片接缝
防水处于中风险区域；若K＜1.3，管片接缝防水处于高风险区域，实际中根据判别等级建议采取相应的措施；
[0012]S8、对现场盾构隧道管片接缝渗漏情况复核和调研，根据管片接缝渗漏及发展情况，对初步判断情况进行修正，可作为隧道长期运营维护的依据。
[0013]所述步骤S4包括以下具体步骤：
[0014]S4.1、选取接触管片接缝，在每一管片拼装前，将薄膜压力传感器贴附设置在该管片接缝沟槽内的橡胶密封垫面上，使薄膜压力传感器覆盖在这部分橡胶密封垫接触面；
[0015]S4.2、在管片完成拼装后或隧道运营期内，将数据采集箱、信号接收器及信号强度增益器设置在所要监测的管片接缝附近，将数据采集箱、信号接收器、云平台服务器和工业控制器依次通过无线信号连接，并将预先埋设在接缝内密封垫接触面上的薄膜压力传感器通过导线与数据采集箱连接，最后依次通过信号接收器、云平台服务器将数据传输至工业控制器，得到该接触面的接触应力P
cm
。
[0016]所述步骤S1、S2中，密封垫张开量分别为12mm、10mm、8mm、6mm、4mm、2mm、0mm，密封垫的错台量分别为6mm、0mm。
[0017]所述步骤S1、S2中，不同张开量和错台量下的接触应力的方法可以通过ABAQUS软件中网格映射技术计算确定；不同张开量和错台量下的地下水渗漏压力的方法可以通过ABAQUS软件的流体压力渗透荷载计算方法确定的。
[0018]所述步骤S3中，拟合密封系数K，做多组橡胶密封垫荷载试验与水压渗漏试验，确定拟合的密封垫系数K的可靠性，公式为：
[0019]错台量1：P
u
＝(A1+B1δ+C1δ2+D1δ3)P
c
[0020]错台量2：P
u
＝(A2+B2δ+C2δ2+D2δ3)P
c
[0021]式中δ代表张开量，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2分别为拟合公式的待定系数。
[0022]所述步骤S4中，使用的薄膜压力传感器应进行事先标定试验，获得每一埋设的薄膜压力传感器的电压
‑
压力标定函数文件，为后续信号传输至工业控制器上得到密封垫实测接触应力P
cm
做准备。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1)可以实时掌握盾构隧道接缝接触应力情况，对于盾构隧道接缝防水风险控制和运营维护具有直观的判断，具有重要的意义
[0025]2)本专利技术提供的判断方法，概念清晰、成本低廉、操作方便，便于现场工作人员应用，也为后期隧道的运维提供依据和方法。
附图说明
[0026]图1是本专利技术建立的弹性密封垫有限元模型；
[0027]图2是本专利技术计算出的弹性密封垫压缩数值模型结果图；
[0028]图3是本专利技术计算出的弹性密封垫防水失效数值模型结果图；
[0029]图4是本专利技术基于薄膜压力传感器监测和信息传送监控示意图；
[0030]图5是本专利技术拟合的体系密封垫密封系数K拟合曲线；
[0031]图6是基于管片环接缝接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别方法流程图；
[0032]标注说明：1、管片，2、弹性密封垫，3、薄膜压力传感器，4、导线，5、数据采集箱，6、盾构机，7、信号接收器，8、信号强度增益器，9、云平台服务器，10、工业控制器。
具体实施方式
[0033]一种基于管片环接缝接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别方法，其分析步骤如下：1)通过建立弹性密封垫超弹性体有限元模型，确定其在不同张开量和错台量下的密封垫接触面的平均接触应力P
c
；2)通过建立弹性密封垫水劈裂数值分析，确定其在不同张开量和错台量下的地下水渗漏压力P
u
；3)对地下水渗漏压力和密封垫的平均接触应力进行两者之间的密封系数K和两者关系式P
u
＝K
·
P
c
；4)通过在弹性密封垫接触面上安装薄膜压力传感器和监测信号传输设备，实时监测该接触面的接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，其特征是包括如下步骤：S1、选取弹性密封垫，建立弹性密封垫超弹性体有限元模型，确定其在不同张开量和错台量下的密封垫接触面的平均接触应力P
c
；S2、建立弹性密封垫水劈裂数值分析，确定其在不同张开量和错台量下的地下水渗漏压力P
u
；S3、拟合地下水渗漏压力和密封垫的平均接触应力两者之间的密封系数K，两者关系式P
u
＝K
·
P
c
；S4、在弹性密封垫接触面上安装薄膜压力传感器和监测信号传输设备，实时监测该接触面的接触应力P
cm
；S5、代入平均接触应力和地下水渗漏压力关系式P
um
＝K
·
P
cm
求出根据实测接缝基础压力获得接缝防水压力P
um
；S6、根据该盾构隧道的埋深和地下水埋藏深度计算作用盾构管片接缝的地下水压力P
w
；S7、根据K＝P
um
/P
w
对盾构管片接缝防水风险进行初步判别：若K≥2.0，管片接缝防水处于安全区域；若1.6≤K<2.0，管片接缝防水处于低风险区域；若1.3≤K<1.6，管片接缝防水处于中风险区域；若K＜1.3，管片接缝防水处于高风险区域，实际中根据判别等级建议采取相应的措施；S8、对现场盾构隧道管片接缝渗漏情况复核和调研，根据管片接缝渗漏及发展情况，对初步判断情况进行修正，可作为隧道长期运营维护的依据。2.根据权利要求1所述的基于接触应力实测的盾构隧道管片环接缝渗漏风险判别法，其特征是所述步骤S4包括以下具体步骤：S4.1、选取接触管片接缝，在每一管片拼装前，将薄膜压力传感器贴附设置在该管片接缝沟槽内的橡胶密封垫面上，使薄膜压力传感器覆盖在这部分橡胶密封垫接触...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚宇，钟小春，方忠强，黄思远，胡慧，王璐，孙国莉，杜雪山，陈冉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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