【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于盾构隧道管片拼装相关，更具体地，涉及一种盾构隧道管片的拼装方法。
技术介绍
1、盾构法因其机械化程度高、施工速度快、环境影响小等优点，在软土地区的隧道工程中得到了广泛应用。在盾构施工过程中，一个盾构衬砌环通常由6至10个预制管片组成，这些预制管片按顺序连接，形成一段隧道的整体形状。在实际施工过程中，外部扰动不可避免地使盾构隧道成型隧道轴线(formed tunnel axis,fta)偏离设计隧道轴线(designtunnel axis,dta)。提高隧道施工质量的关键目标之一是确保fta尽可能接近dta。
2、近年来，数字化和信息化在盾构隧道建设中的意义越来越大，越来越多的研究人员将参数化建模工具运用于地下工程施工中。这些方法大多使用商业软件详尽地搜索每个衬砌环可能的拼装点，然后选择轴线偏差最小的拼装点作为拼装位置，对盾构隧道的设计优化和施工偏差修正具有积极作用。
3、然而，在实际的盾构隧道施工中，盾构管片拼装点的选择还必须综合考虑多种施工因素，如盾尾间隙和推进油缸行程差，不合理的间隙可能会导致衬砌环片错位或损坏。因此，仅考虑轴线偏差的盾构隧道参数化建模方法并不完全适合实际情况。此外，盾构掘进过程中需要考虑的这些施工因素通常是动态变化的，在工程实践中，需要有经验的管片拼装操作人员根据这些变化来确定盾构管片的组装点，这限制了施工速度，增加了操作人员的工作量。
4、为了解决这些问题，许多研究人员提出了选择盾构隧道管片拼装点的多目标优化方法。这些方法有助于一线工人就盾构隧道管片的拼装
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种盾构隧道管片的拼装方法，所述方法能够考虑多种施工因素，有助于施工过程中盾构管片拼装点的选择和提高管片的拼装效率。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种盾构隧道管片的拼装方法，该方法包括以下步骤：
3、(1)构建管片库，并基于管片库完成盾构管片接触点的设置，盾构管片的接触点是通过在盾构管片模型中使用threejs的three.raycaster函数来获取和设置的；
4、(2)基于管片拼装算法确定多目标优化方法，采用多目标优化方法确认最优拼装点，进而实现盾构隧道管片的自动拼装；其中，所述管片拼装算法包括环内管片拼装算法，所述环内管片拼装算法是基于所述管片库及所述接触点确定的；
5、采用所述环内管片拼装算法进行环内管片拼装时：首先通过接触点对当前管片进行配对，以获取邻近的待拼接管片；然后结合匹配后的接触点对待拼接管片进行平移使得待拼接管片与当前管片的接触点位于同一位置；之后分别通过两管片上的所有接触点计算各自的空间位置向量；最后结合四元数旋转方法以及空间位置向量对待拼接管片进行两次空间旋转使待拼接管片的所有接触点与当前管片的所有接触点完成位置配对。
6、进一步地，管片库中盾构隧道管片的参数信息包括几何参数、材料参数和接头参数。
7、进一步地，所述管片拼装算法还包括环间管片拼装算法，所述环内管片拼装算法及所述环间管片拼装算法是先后基于所述管片库及所述接触点确认的。
8、进一步地，采用所述环间管片拼装算法进行环间管片拼装时：首先通过当前管片环的控制点及椭圆长短轴获取当前管片环的环间接触面、椭圆中心以及经过椭圆中心且垂直于重力方向的水平面；然后获取管片库中未知空间位置的k块，并将当前管片环的环间接触面和水平面平移至待拼装k块的中心控制点处；之后通过待拼装k块的其他控制点计算待拼装k块的空间位置向量，结合管片旋转角对待拼装k块进行平移旋转运算，使待拼装k块的接触面与当前管片环的环间接触面平行能贴合，且待拼装k块的旋转角符合预设旋转角；最后结合待拼装k块以及当前管片环的环间接触面的椭圆中心，通过平移运算使得待拼装k块与当前管片环贴合。
9、进一步地，采用多目标优化方法选择最优拼装点时综合考虑了三种评估指标，这三种评估指标分别为管片拼装后的轴线偏差、盾尾间隙和推进油缸行程差。
10、进一步地，管片拼装后的轴线偏差是通过点线距离公式计算待拼装k块拼装后的环间接触面的椭圆中心与dta的最小距离获取。
11、进一步地，多目标优化方法引入了新的边界条件来控制盾构管片的接头类型，并量化管片排列；新的边界条件包括管片错缝容许距离ε以及管片对齐角度γ。
12、进一步地，管片错缝容许距离ε为当前管片环所有接触点与待拼装管片环所有接触点的最小容许空间距离，管片对齐角度γ为待拼装管片环表面的法向量与当前位置dta向量的角度。
13、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的盾构隧道管片的拼装方法主要具有以下有益效果：
14、1.构建了管片库，管片库用于存储和管理盾构隧道施工中常用的通用盾构衬砌管片，通过参数化这些通用段的标准化特征，可以在不同的盾构隧道中重复使用，从而消除了重复建模的需要，进而显著提高了盾构隧道建模的效率。此外，参数化隧道管片库结合了每个盾构隧道管片在局部坐标系内的空间定位，便于这些管片的动态组装。
15、2.采用一种多目标优化方法来选择盾构隧道管片拼装过程中的最优拼装点，以前的方法对环内管片拼装过程没有给予太多关注，且随盾构隧道参数化建模的研究通常考虑fta和dta之间的偏差，通常忽略了盾尾间隙和突进油缸形成差的影响，而本专利技术综合考虑fta和dta之间的偏差、盾构间隙和推进油缸行程差等因素，它与现实世界的施工场景更加紧密的结合在一起，在多目标优化方法的帮助下，盾构隧道管片装配中的错缝可以很容易的实现，并且可以有效的解决蛇形隧道的挑战，从而消除了对传统手动方法的需要。同时，dssa为拼装点选择提供了目标函数，允许调整不同影响因素的权重以适应实际需求，所提出的方法具有很高的灵活性，使得用户能够根据需要替换目标函数并输入管片拼装点。
16、3.所述方法在盾构隧道拼装过程中表现出了卓越的性能，在时间消耗和渲染速度方面超过了现有的建模方法，同时隧道衬砌环渲染占用内存小，主流计算机可以很容易的支持算法的执行和模型渲染，这使得所提出的方法能够在webgl平台上简单、流畅地显示盾构隧道管片拼装过程。
17、4.本专利技术中通过基于多目标优化的拼装点选取和管片自动拼装算法，实现盾构管片施工前的模拟拼装，对盾构施工项目具有实用价值；可以帮助项目业主和施工方了解项目，也可以帮助设计人员优化盾构隧道设计。
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1.一种盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：管片库中盾构隧道管片的参数信息包括几何参数、材料参数和接头参数。
3.如权利要求1所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：所述管片拼装算法还包括环间管片拼装算法，所述环内管片拼装算法及所述环间管片拼装算法是先后基于所述管片库及所述接触点确认的。
4.如权利要求3所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：采用所述环间管片拼装算法进行环间管片拼装时：首先通过当前管片环的控制点及椭圆长短轴获取当前管片环的环间接触面、椭圆中心以及经过椭圆中心且垂直于重力方向的水平面；然后获取管片库中未知空间位置的K块，并将当前管片环的环间接触面和水平面平移至待拼装K块的中心控制点处；之后通过待拼装K块的其他控制点计算待拼装K块的空间位置向量，结合管片旋转角对待拼装K块进行平移旋转运算，使待拼装K块的接触面与当前管片环的环间接触面平行能贴合，且待拼装K块的旋转角符合预设旋转角；最后结合待拼装K块以及当前管片环的环间接触面的椭圆中心，通过平移运算使
5.如权利要求3所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：采用多目标优化方法选择最优拼装点时综合考虑了三种评估指标，这三种评估指标分别为管片拼装后的轴线偏差、盾尾间隙和推进油缸行程差。
6.如权利要求5所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：管片拼装后的轴线偏差是通过点线距离公式计算待拼装K块拼装后的环间接触面的椭圆中心与DTA的最小距离获取。
7.如权利要求5所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：多目标优化方法引入了新的边界条件来控制盾构管片的接头类型，并量化管片排列；新的边界条件包括管片错缝容许距离ε以及管片对齐角度γ。
8.如权利要求7所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：管片错缝容许距离ε为当前管片环所有接触点与待拼装管片环所有接触点的最小容许空间距离，管片对齐角度γ为待拼装管片环表面的法向量与当前位置DTA向量的角度，管片对齐角度γ小于设定的允许角度γallowable。
9.如权利要求7所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：通过定位第(n-1)环和第n个环中的所有接触点{Pn-1}和{Pn}的坐标来确定当前衬砌管片的拼装点是否满足交错拼装的要求。
10.如权利要求9所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：当前衬砌管片的拼装点满足交错拼装的条件是必须满足{Pn-1}和{Pn}的所有组合：
...【技术特征摘要】
1.一种盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：管片库中盾构隧道管片的参数信息包括几何参数、材料参数和接头参数。
3.如权利要求1所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：所述管片拼装算法还包括环间管片拼装算法，所述环内管片拼装算法及所述环间管片拼装算法是先后基于所述管片库及所述接触点确认的。
4.如权利要求3所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：采用所述环间管片拼装算法进行环间管片拼装时：首先通过当前管片环的控制点及椭圆长短轴获取当前管片环的环间接触面、椭圆中心以及经过椭圆中心且垂直于重力方向的水平面；然后获取管片库中未知空间位置的k块，并将当前管片环的环间接触面和水平面平移至待拼装k块的中心控制点处；之后通过待拼装k块的其他控制点计算待拼装k块的空间位置向量，结合管片旋转角对待拼装k块进行平移旋转运算，使待拼装k块的接触面与当前管片环的环间接触面平行能贴合，且待拼装k块的旋转角符合预设旋转角；最后结合待拼装k块以及当前管片环的环间接触面的椭圆中心，通过平移运算使得待拼装k块与当前管片环贴合。
5.如权利要求3所述的盾构隧道管片的拼装方法，其特征在于：采用多目标优化方法...
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