類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道盾構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著城市地下空間利用力度的不斷加大，盾構(gòu)施工技術(shù)以其對周邊環(huán)境影響小、安全性高、成型質(zhì)量高和施工進度快的優(yōu)勢被廣泛的應(yīng)用在各種地下工程中，已成為地鐵隧道工程、市政管線工程等地下大型工程的主要施工方法。盾構(gòu)隧道施工中，對于剛脫離盾尾的管片，經(jīng)常會出現(xiàn)局部或整體的變形，已經(jīng)被眾多的工程實際所證實，表現(xiàn)為管片錯臺、裂縫、破損，乃至軸線偏位等現(xiàn)象，尤其是在穿越河底淺覆土?xí)r，該問題尤為突出，已經(jīng)引起了一定關(guān)注。而成形隧道在長期的運營過程中也會產(chǎn)生一定的沉降和位移，這些變形會在管片的斷面產(chǎn)生剪切應(yīng)力，造成管片的錯臺、開裂、破損和漏水，降低管片結(jié)構(gòu)的抗壓強度和抗?jié)B壓力，對隧道的正常使用和耐久性帶來不利的影響。因而有必要設(shè)計出一套能夠在施工和運營中對隧道襯砌環(huán)斷面收斂及變形進行自動實時監(jiān)測的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法，包括:
[0004]在類矩形盾構(gòu)隧道的后部設(shè)置全站儀；
[0005]類矩形盾構(gòu)隧道的整環(huán)管片由多個管片分塊拼接而成，在多個所述管片分塊中選取若干個待測管片分塊，所述待測管片分塊在隧道施工過程中始終與所述全站儀保持可通視狀態(tài)；
[0006]在所述待測管片分塊上設(shè)置雙軸傾斜儀和目標(biāo)棱鏡；
[0007]通過所述雙軸傾斜儀獲取所述待測管片分塊的初始角度和當(dāng)前角度，通過所述全站儀獲取所述目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息；
[0008]通過比較所述待測管片分塊的初始角度和當(dāng)前角度以及比較所述目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息，分析得到所述待測管片分塊的收斂變形情況。
[0009]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法，利用在已經(jīng)拼裝好的類矩形盾構(gòu)隧道的整環(huán)管片的待測管片分塊上安裝高精度的雙軸傾斜儀而組成一個斷面監(jiān)測環(huán)，同時在待測管片分塊的可視位置安裝目標(biāo)棱鏡并通過自動全站儀鎖定的方法，實現(xiàn)對類矩形盾構(gòu)隧道的管片的實時動態(tài)監(jiān)測，從而獲得類矩形隧道斷面的收斂信息。
[0010]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述收斂變形情況包括旋轉(zhuǎn)變形情況，分析所述待測管片分塊的旋轉(zhuǎn)變形情況，包括:
[0011]將所述雙軸傾斜儀獲取的所述待測管片分塊的初始角度和當(dāng)前角度記為Φ和Φ，；
[0012]利用公式Δφ = I φ ’-φ I，計算得出所述待測管片分塊在水平方向的角度變化量A Φ，從而得到所述待測管片分塊的旋轉(zhuǎn)變形情況。
[0013]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，在所述待測管片分塊上設(shè)置一個雙軸傾斜儀，所述雙軸傾斜儀位于所述待測管片分塊的外環(huán)面的中心位置。
[0014]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述收斂變形情況包括位移變形情況，分析所述待測管片分塊的位移變形情況，包括:
[0015]在所述待測管片分塊上設(shè)置三個目標(biāo)棱鏡，三個所述目標(biāo)棱鏡分別位于所述待測管片分塊的外環(huán)面的中心位置以及相對兩側(cè);將位于所述待測管片分塊的外環(huán)面的中心位置的目標(biāo)棱鏡記為中心目標(biāo)棱鏡，將位于所述待測管片分塊的外環(huán)面的相對兩側(cè)的兩個目標(biāo)棱鏡記為第一目標(biāo)棱鏡和第二目標(biāo)棱鏡；
[0016]以類矩形盾構(gòu)隧道的施工推進方向的設(shè)計軸線為X軸，以垂直于y軸并位于水平面內(nèi)的線為y軸，以垂直于X軸并位于鉛垂面內(nèi)的線為z軸，建立類矩形盾構(gòu)隧道的三維施工坐標(biāo)系；
[0017]通過所述全站儀獲取所述中心目標(biāo)棱鏡、所述第一目標(biāo)棱鏡以及所述第二目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息，將所述中心目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(1。，7。，2。)和(^。，7’。，2’。)，將所述第一目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(^^，2/0和(1’/^\，2’/0，將所述第二目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(χβ,υβ,ζβ)^Ρ(χ,β,υ'b,z 'b)；
[0018]將隧道施工過程中的類矩形盾構(gòu)隧道的三維施工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為斷面坐標(biāo)系；
[0019]在所述斷面坐標(biāo)系中，將所述中心目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換為(7。，2。)和(7’。，2’。)，將所述第一目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(7^/0和(7\，2’/0，將所述第二目標(biāo)棱鏡的初始坐標(biāo)信息和當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(78，別)和(7、，2
’B)；
[0020]利用公式y(tǒng)’a=(yA-yo)cos Δ φ-(zA_z0)sin Δ Φ+y0+Δ y或公式y(tǒng)，B= (yB-y0)cos ΔΦ -(ZB-Zo)sin Δ Φ+yo+A y，計算得出所述待測管片分塊在水平方向的水平位移量△ y，從而得到所述待測管片分塊的位移變形情況。
[0021]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述收斂變形情況包括沉降變形情況，分析所述待測管片分塊的沉降變形情況，包括:
[0022]利用公式z，a=(ZA-Zo)COS Δ Φ +(yA-y0)sin Δ φ+ζ。+Δ ζ或公式z，b= (ZB-Zo)cos ΔΦ +(yB-yo)sin Δ Φ +ζ0+ A ζ，計算得出所述待測管片分塊在垂直方向的垂直位移量Δ ζ，從而得到所述待測管片分塊的沉降變形情況。
[0023]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述收斂變形情況包括相鄰兩個管片的連接縫的變形情況，分析相鄰兩個管片的連接縫的變形情況，包括:
[0024]在相鄰的兩個待測管片分塊上分別設(shè)置一個所述雙軸傾斜儀和三個所述目標(biāo)棱鏡；
[0025]在所述斷面坐標(biāo)系中，將所述相鄰的兩個待測管片分塊的中心連接旋轉(zhuǎn)到水平位置，將所述相鄰的兩個待測管片分塊各自的目標(biāo)棱鏡的坐標(biāo)信息進行同步旋轉(zhuǎn)變換；
[0026]將同步旋轉(zhuǎn)變換后第一個待測管片分塊的三個目標(biāo)棱鏡中靠近連接縫的那個目標(biāo)棱鏡的當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(ym)，將同步旋轉(zhuǎn)變換后第二個待測管片分塊的三個目標(biāo)棱鏡中靠近連接縫的那個目標(biāo)棱鏡的當(dāng)前坐標(biāo)信息記為(y2，Z2 );
[0027]利用公式Ay’=y1-y2，計算得出所述相鄰的兩個待測管片分塊的相對位移差Δy ；
[0028]若所述相對位移差A(yù)y’為正值，表示相鄰的兩個待測管片分塊的連接縫相對侵入；
[0029]若所述相對位移差A(yù)y’為負值，表示相鄰的兩個待測管片分塊的連接縫相對張開。
[0030]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述收斂變形情況包括相鄰兩個管片的錯臺情況，分析相鄰兩個管片的錯臺情況，包括:
[0031]利用公式Δζ’=Z1-Z2，計算得出所述相鄰的兩個待測管片分塊的相對高程差Δζ ；
[0032]若所述相對高程差△ζ ’不為零，表示相鄰的兩個待測管片分塊相對錯臺。
[0033]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述整環(huán)管片的管片結(jié)構(gòu)的斷面呈類矩形狀，所述管片結(jié)構(gòu)包括:位于所述斷面拱底位置的拱底圓弧段、位于所述斷面拱頂位置的拱頂圓弧段、位于所述斷面兩側(cè)拱腰位置的兩個拱腰圓弧段、以及支撐于所述拱底圓弧段與所述拱頂圓弧段之間的中間立柱段；
[0034]兩個所述拱腰圓弧段的半徑相等，且均小于所述拱底圓弧段的半徑以及所述拱頂圓弧段的半徑;兩個所述拱腰圓弧段相對于所述中間立柱段呈對稱布置;所述拱底圓弧段分別與兩個所述拱腰圓弧段光滑相切連接，所述拱頂圓弧段分別與兩個所述拱腰圓弧段光滑相切連接。
[0035]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的進一步改進在于，所述待測管片分塊與所述中間立柱段相鄰接。
[0036]本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的有益效果是:
[0037]1、通過安裝在隧道后部穩(wěn)定的自動全站儀，觀測待測管片分塊的可通視位置的特征位置信息，可以獲取整環(huán)管片的整體位移及沉降信息；
[0038]2、通過在每塊待測管片分塊上安裝雙軸傾斜傳感器，以安裝點為基點，對每塊待測管片分塊運用圖像解析的方法，進行平移、旋轉(zhuǎn)(坡度、滾角兩個方向)，最終拼接出整體的整環(huán)管片斷面圖像。
[0039]3、該監(jiān)測方法立足于襯砌管片的特點，利用管片的受力形式，實現(xiàn)的用部分監(jiān)測信息推測出整體斷面信息；
[0040]4、在一個斷面監(jiān)測系統(tǒng)中，即監(jiān)測了位移沉降，又監(jiān)測了全斷面收斂，同時還監(jiān)測了管片的接縫信息。
【附圖說明】
[0041]圖1是本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的流程示意圖。
[0042]圖2是本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的監(jiān)測結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖3是本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的整環(huán)管片的斷面示意圖。
[0044]圖4是本發(fā)明類矩形盾構(gòu)隧道的管片監(jiān)測方法的整環(huán)管片的管片分塊方