申请/专利权人：中铁第四勘察设计院集团有限公司;上海同岩土木工程科技股份有限公司

申请日：2021-12-28

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114329709B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/23;G06T17/20;G06F111/10;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.04.29#实质审查的生效;2022.04.12#公开

摘要：本发明提供了一种盾构隧道服役性能快速诊断和发展趋势预测方法，包括以下步骤：获取盾构隧道沉降、断面收敛变形以及裂缝、剥落剥离监测数据；建立纵向螺栓应力分级评价标准，基于获取的盾构隧道沉降监测数据，计算得到纵向螺栓应力，根据纵向螺栓应力所属的分级评价标准判断隧道纵向服役性能；建立隧道的直径变形比分级评价标准，基于获取的隧道断面收敛变形监测数据，计算隧道的直径变形比，根据隧道的直径变形比所属的分级评价标准判断隧道横向服役性能；基于获取的隧道裂缝、剥落剥离监测数据，从能量的角度预测裂缝病害发展趋势。本发明操作简单、诊断合理且评价较为全面。

主权项：1.一种盾构隧道服役性能快速诊断和发展趋势预测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取盾构隧道沉降、断面收敛变形以及裂缝、剥落剥离监测数据；建立隧道曲率半径、接缝张开和纵向螺栓应力之间的关系，从防水和差异沉降控制的角度确定纵向螺栓应力分级评价标准，基于获取的盾构隧道沉降监测数据，计算得到纵向螺栓应力，根据纵向螺栓应力所属的分级评价标准判断隧道纵向服役性能；通过纵向等效刚度模型，得到隧道曲率半径、接缝张开量与纵向螺栓应力之间的换算关系；根据隧道曲率半径、接缝张开量与纵向螺栓应力之间的换算关系，计算隧道曲率半径15000m、接缝张开量8mm对应的纵向螺栓应力，与螺栓屈服强度相比较，三个值中的较小者为A，则纵向螺栓应力一至五级的分级评价标准为[0,0.5A]、0.5A,0.8A]、0.8A,A]、A,1.2A]、1.2A,+∞；1）当螺栓在弹性范围内时：接缝张开量为：，其中；隧道曲率半径为：，其中；上述二式中，M为隧道弯矩，，其中为中性轴的角度，根据计算得到，为管片弹性模量，为管片截面面积，为管片惯性矩，为管片纵向长度，为圆心角，为纵向螺栓应力，，为单个螺栓的弹性刚度，，为单个螺栓的弹性模量，、为螺栓的截面积和长度；2）最外侧螺栓进入塑性状态时：接缝张开量为：，其中为螺栓屈服应力，为螺栓预应力，为螺栓弹性极限内的最大应力，为单个螺栓的弹性模量，为螺栓的长度，为单个螺栓弹性和塑性刚度比；曲率半径为：，为螺栓弹性极限伸长量，，r为隧道内外半径的平均值，θ为圆心角； 和由以下两式联立求得： ；其中，，；基于获取的盾构隧道沉降监测数据，计算隧道曲率半径，根据隧道曲率半径与纵向螺栓应力之间的换算关系，得到纵向螺栓应力，判断纵向螺栓应力所属的分级评价标准从而判断隧道的纵向服役性能；根据隧道承载变形关键节点对应的直径变形比确定隧道的直径变形比分级评价标准，基于获取的隧道断面收敛变形监测数据，计算隧道的直径变形比，根据隧道的直径变形比所属的分级评价标准判断隧道横向服役性能；基于获取的隧道裂缝、剥落剥离监测数据，从能量的角度预测裂缝病害发展趋势；所述基于获取的隧道裂缝、剥落剥离监测数据，从能量的角度预测裂缝病害发展趋势，具体包括：通过建立与实际隧道一致的能量存储和释放的有限元模型，计算隧道整体所吸收的能量，以及隧道产生裂缝、剥落剥离释放的能量；从而计算残余能量，判断残余能量是否超过开裂临界能量，如超过，则裂缝会进一步扩展；所述计算隧道整体所吸收的能量的方法如下的方法如下：利用与实际隧道一致的能量存储和释放的有限元模型，在施加初始水土压力的基础上继续增大荷载，直至产生与实际隧道相同的收敛变形为止，认为此时模型中隧道和螺栓积聚的能量保持一致，得到隧道内部混凝土及钢筋、螺栓积分单元的应力和相应的位移，通过将积分单元的应力、位移及单元面积的乘积累加即求得隧道整体所吸收的能量，即，其中为积分单元数量，代表第个积分单元，=1，2，3，代表发生位移的、、三个方向，代表积分单元应力，代表积分单元位移，代表积分单元面积；所述计算隧道产生裂缝、剥落剥离释放的能量的方法如下：在隧道运营过程中，记录隧道产生裂缝的里程位置、数量、长度、深度和环向分布的位置，并将检测结果中出现裂缝的区域的单元设置为具有扩展有限元性质的富集单元，在与实际隧道一致的能量存储和释放的有限元模型中同样施加初始水土压力，然后线性增大顶底荷载进行计算，记录模拟产生的第j条裂缝的长度aj和深度hj，计算，为模拟产生的裂缝数量，直至，m为实际的裂缝数量，ak和hk为实际检测的第k条裂缝的长度和深度，认为此时有限元模型模拟的隧道裂缝尖端能量释放和实际隧道保持一致；找出随着荷载增大，第j条裂缝的尖端能量释放率与裂缝长度对应点（aj，Gj），并拟合成曲线，则第j条裂缝扩展释放的能量，则此时隧道产生裂缝、剥落剥离释放的能量总和为，为模拟产生的裂缝数量；所述开裂临界能量的计算方法如下：利用与实际隧道一致的能量存储和释放的有限元模型，在施加初始水土压力的基础上继续增大荷载，隧道的混凝土达到轴心抗压强度为止，认为此结构积聚的能量将引起裂缝扩展；将该时刻下隧道内部混凝土及钢筋、螺栓积分单元的应力和相应的位移，乘积累加即求得隧道结构所积聚的临界能量，即，其中为积分单元数量，代表第个积分单元，=1，2，3，代表发生位移的、、三个方向，代表积分单元应力，代表积分单元位移，代表积分单元面积。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中铁第四勘察设计院集团有限公司;上海同岩土木工程科技股份有限公司 盾构隧道服役性能快速诊断和发展趋势预测方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD