一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法技术

本发明专利技术公开了一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，属于隧道结构安全评估技术领域，包括以下步骤：步骤1：建立安全评估参考标准；步骤2：查询评估区间隧道的地层抗力系数；步骤3：利用GRP5000移动式激光扫描测量系统每间隔4

【技术实现步骤摘要】
一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法


[0001]本专利技术涉及隧道结构安全评估
，尤其是涉及一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法。

技术介绍

[0002]国内地铁隧道施工期间普遍没有预埋压力传感器和螺栓应变计，目前最常用于运营地铁隧道结构健康诊断的数据有纵向不均匀沉降人工监测值、环向收敛人工监测值、和局部的裂缝和渗漏水情况等实测数据。因此目前的结构安全评判方法多基于监测数据、现场发现的结构病害等，结合相关专家的经验而作出结构安全状态的判断，较少有成文规定的结构安全评判依据。为方便对结构安全进行评价需要提供一种新型的结构安全评估方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，鉴于实际工程问题的复杂因素，在结构安全评估分析当中外荷载的大小很难确定，因此提出以实际监测数据中的隧道竖向、横向变形收敛以及计算椭圆度为目标值，在保证隧道结构合理的受荷状态下分析特定椭圆度下的隧道结构安全情况。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：建立安全评估参考标准：
[0007]1)利用GRP5000移动式激光扫描测量系统对指定区段隧道的关键节点进行连续扫描，获得指定区段隧道内隧道椭圆度、衬砌/地铁管片表面宽度大于1mm裂缝及掉块、渗水的位置、总体数量、平面分布，其中关键节点包括隧道未受干扰且处于稳定状态时、隧道受外部干扰产生较大荷载导致变形时、对使得隧道产生较大变形的外部干扰进行排查后、对外部干扰进行排查后再次对隧道健康状态进行确认时；
[0008]2)利用通用有限元分析软件Midas FEA/NX建立错缝盾构隧道三维有限元模型，分析不同的承载特点对管片承载能力的影响，确定管片承载能力的影响因素：
[0009]不同的承载特点包括封顶块位置、荷载加载模式、管片混凝土等级、螺栓等级、预制管片配筋率和地层抗力系数取值，分别将上述不同的承载特点作为变量利用错缝盾构隧道三维有限元模型分析隧道单环结构的变形特征、损伤特征或其他钢构件的承载变化趋势后，筛选得到管片承载能力的影响因素为地层抗力系数取值；
[0010]3)确定基于椭圆度标准的错缝盾构隧道结构横向变形安全预警值与控制值：利用错缝盾构隧道三维有限元模型得到各不同地层抗力系数取值时椭圆度随荷载变化曲线，根据椭圆度随荷载变化曲线得到各地层抗力系数下出现结构明显屈服现象的椭圆度数值，并以此椭圆度数值作为作为控制值值阈值，以此椭圆度减去5
‰
作为预警值阈值，控制值应不大于控制值阈值，预警值应不大于预警值阈值；
[0011]4)指定基于预警值与控制值的安全评价参考标准：当椭圆度数值达到预警值时，说明结构存在风险，需加强监测，亟需局部加强，当椭圆度达到控制值并且相邻两次扫描获得的椭圆度持续增大即横向变形不趋于收敛时，说明结构处于危险状态，需要进行措施加固；
[0012]步骤2：查询评估区间隧道的地层抗力系数；
[0013]步骤3：利用GRP5000移动式激光扫描测量系统每间隔4
‑
6个月对评估区间隧道进行连续扫描一次，获得评估区间隧道最新的现实隧道椭圆度；
[0014]步骤4：根据步骤2得到的地层抗力系数，步骤3得到的现实隧道椭圆度，对照步骤1中的安全评估参考标准得出安全评价结果。
[0015]优选的，GRP5000移动式激光扫描测量系统由激光发射器、接收器、时间计数器、旋转式滤波器、彩色CCD相机、控制电路板、计算机和数据处理软件组成。
[0016]优选的，步骤1的2)中，错缝盾构隧道三维有限元模型中管片与管片之间的接触、管片与螺栓间的接触均采用Midas FEA/NX软件中的接触单元来表示彼此之间的联系，法向刚度比例系数取1，切向刚度比例系数为0.1，主段延伸率为0.005，摩擦系数为0.6；混凝土隧道管片、螺栓和钢筋均采用弹塑性本构模型；混凝土采用Midas FEA/NX软件提供的混凝土塑性损伤本构(CDP)模型。
[0017]优选的，步骤1的3)中，荷载加载方式对称加载，荷载的数值模拟中以实际监测数据中的隧道竖向与横向变形收敛为目标值，不断增加竖向压力Ph，保持侧向压力P1为0.5倍的Ph，在保证隧道结构合理的受荷状态下，以使隧道变形与实际变形相符，从而分析特定椭圆度下的隧道结构安全情况。
[0018]优选的，步骤2中，评估区间隧道的地层抗力系数的取值通过查表取值、经验取值或通过理论推导公式计算得到。
[0019]本专利技术采用上述结构的地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，为结构横向变形设定变形预警值与控制值；方便结合监测手段以及实测的结构病害情况，对结构安全状态进行研判。
附图说明
[0020]图1为封顶块处于不同位置时管片的荷载
‑
椭圆度曲线图；
[0021]图2为不同荷载加载模式下椭圆度达到25
‰
时的结构位移结果图；
[0022]图3为不同混凝土等级下椭圆度达到25
‰
时的结构损伤云图；
[0023]图4为不同等级螺栓在应力最大的拱顶部位应力云图与塑性单元分布结果图；
[0024]图5为椭圆度达到30
‰
时不同预制管片配筋率模型钢筋应力分布图；
[0025]图6为地层抗力系数k取20MPa/m时管片的混凝土损伤塑性云图；
[0026]图7为地层抗力系数k取30MPa/m时管片的混凝土损伤塑性云图；
[0027]图8不同地层抗力系数取值时椭圆度随荷载变化曲线。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0029]如图所示的一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，包括以下步骤：
[0030]本实施例为某工程项目对紧邻隧道的影响过程分析，隧道结构顶面覆土厚度为11.4m；盾构隧道外径6m，内径5.4m，管片厚度300mm，隧道衬砌环由6块管片拼装而成，管片混凝土等级为C50。隧道所处地层主要为粉质黏土、粉细砂及混合花岗岩层残积土。
[0031]步骤1：建立安全评估参考标准：
[0032]1)利用GRP5000移动式激光扫描测量系统对指定区段隧道的关键节点进行连续扫描，获得指定区段隧道内隧道椭圆度、衬砌/地铁管片表面宽度大于1mm裂缝及掉块、渗水的位置、总体数量、平面分布。其中关键节点包括隧道未受干扰且处于稳定状态时、隧道受外部干扰产生较大荷载导致变形时、对使得隧道产生较大变形的外部干扰进行排查后、对外部干扰进行排查后再次对隧道健康状态进行确认时。GRP5000移动式激光扫描测量系统由激光发射器、接收器、时间计数器、旋转式滤波器、彩色CCD相机、控制电路板、计算机和数据处理软件组成。在得到GRP5000系统粗测出来的结果后，通过全站仪测量对椭圆度较大的管片进行人工复核，监测报本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁错缝盾构隧道的结构安全评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立安全评估参考标准：1)利用GRP5000移动式激光扫描测量系统对指定区段隧道的关键节点进行连续扫描，获得指定区段隧道内隧道椭圆度、衬砌/地铁管片表面宽度大于1mm裂缝及掉块、渗水的位置、总体数量、平面分布，其中关键节点包括隧道未受干扰且处于稳定状态时、隧道受外部干扰产生较大荷载导致变形时、对使得隧道产生较大变形的外部干扰进行排查后、对外部干扰进行排查后再次对隧道健康状态进行确认时；2)利用通用有限元分析软件MidasFEA/NX建立错缝盾构隧道三维有限元模型，分析不同的承载特点对管片承载能力的影响，确定管片承载能力的影响因素：不同的承载特点包括封顶块位置、荷载加载模式、管片混凝土等级、螺栓等级、预制管片配筋率和地层抗力系数取值，分别将上述不同的承载特点作为变量利用错缝盾构隧道三维有限元模型分析隧道单环结构的变形特征、损伤特征或其他钢构件的承载变化趋势后，筛选得到管片承载能力的影响因素为地层抗力系数取值；3)确定基于椭圆度标准的错缝盾构隧道结构横向变形安全预警值与控制值：利用错缝盾构隧道三维有限元模型得到各不同地层抗力系数取值时椭圆度随荷载变化曲线，根据椭圆度随荷载变化曲线得到各地层抗力系数下出现结构明显屈服现象的椭圆度数值，并以此椭圆度数值作为控制值值阈值，以此椭圆度减去5
‰
作为预警值阈值，控制值应不大于控制值阈值，预警值应不大于预警值阈值；4)指定基于预警值与控制值的安全评价参考标准：当椭圆度数值达到预警值时，说明结构存在风险，需加强监测，亟需局部加强，当椭圆度达到控制值并且相邻两次扫描获得的椭圆度持续增大即横向变形不趋于收敛时，说明结构处于危险状态，需要进行措施加固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一兆，陈俊生，梁粤华，柏文锋，周欢阳，闵星，翟利华，张荣辉，徐世杨，杨成，罗海涛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：