[发明专利]一种盾构隧道服役性能健康评价方法

说明书

一种盾构隧道服役性能健康评价方法，包括1)基于荷载结构法，获得隧道椭圆度及螺栓轴力比值与荷载比值的函数关系，分别记为第一和第二关系曲线；2)定义隧道服役性能健康度的表达式，建立椭圆度、螺栓轴力及荷载比值函数关系，并基于试验数据求解出隧道服役性能健康度表达式中的未知量，进而绘制出隧道服役性能健康度与椭圆度及螺栓轴力比值关系函数的等值线热量图，记为第三关系曲线；3)基于所述的第一、第二和第三关系曲线，建立隧道服役性能健康度与荷载比值函数关系，记为第四关系曲线，分析得到不同阶段关键点对应的隧道服役性能健康度的取值范围，并划分隧道服役性能等级。本发明能快速、简明且合理地对隧道结构安全进行评估。

技术领域

本发明涉及一种盾构隧道服役性能健康评价方法。

背景技术

地铁盾构隧道处于复杂的地质环境中，随着隧道服役时间的增长以及外部环境的改变，隧道结构的安全性和耐久性会呈现不同程度的降低，结构服役性能逐渐劣化，常伴随着诸如结构整体大变形、渗漏水、长裂纹、混凝土掉块、不均匀沉降等病害发生，严重威胁地铁隧道的运营安全。因此，为了合理评价既有老化隧道结构的服役性能并采取针对性的维修加固措施，建立科学的盾构隧道结构服役性能评价方法具有重要意义。然而，由于造成隧道服役性能劣化的影响因素复杂，现有针对盾构隧道服役性能的评价体系和标准主要以工程经验和理论分析为主，并且一般需花费大量人力、财力对隧道结构的各项指标进行全面检测，缺乏一种简明、快捷和合理的盾构隧道服役性能确定方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种由隧道变形、螺栓轴力和管片应变确定盾构隧道服役性能的方法，本发明工程中可应用于确定盾构隧道结构粘钢补强加固时机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种盾构隧道服役性能健康评价方法，包括以下步骤：1)基于荷载结构法，采用相似模型试验的手段，开展盾构隧道结构受力变形破坏试验，获得隧道椭圆度及螺栓轴力比值与荷载比值的函数关系，分别记为第一和第二关系曲线；2)定义隧道服役性能健康度的表达式，建立椭圆度、螺栓轴力及荷载比值函数关系，并基于试验数据求解出隧道服役性能健康度表达式中的未知量，进而绘制出隧道服役性能健康度与椭圆度及螺栓轴力比值关系函数的等值线热量图，记为第三关系曲线；3)基于所述的第一、第二和第三关系曲线，建立隧道服役性能健康度与荷载比值函数关系，记为第四关系曲线，分析得到不同阶段关键点对应的隧道服役性能健康度的取值范围，并划分隧道服役性能等级。

进一步的，还可以包括步骤4)：量测现场隧道的椭圆度和螺栓轴力，计算得到隧道服役性能健康度，从而确定出隧道结构服役性能等级。

进一步地，所述的隧道服役性能健康度表达式的未知量包含隧道椭圆度比值修正系数和螺栓轴力比值修正系数，具体求解方法为：

基于试验数据绘制隧道椭圆度比值、螺栓轴力比值和荷载比值的三维散点图形，借助最小二乘法进行非线性拟合，从而得到隧道椭圆度比值修正系数和螺栓轴力比值修正系数。

所述的三维散点图形的拟合函数公式为：

式中，α为隧道椭圆度比值X的修正系数，β为螺栓轴力比值Y的修正系数，P_r为荷载比值。

进一步地，所述的隧道服役性能健康度取值范围的确定方法具体为：

将关键点所确定的隧道椭圆度及螺栓轴力比值代入所述的第三关系曲线获得不同阶段下隧道服役性能健康度的取值范围。

进一步地，所述关键点包括管片首次开裂点、拱顶内侧裂缝密集点、螺栓或钢筋屈服点、承载极限点和隧道结构坍塌点。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明简化了一般隧道结构服役性能评价的方法，为结构安全评估提供了一种快速、便捷且合理的确定盾构隧道结构服役性能和承载状态的新方法，具有较好的实际应用价值。