[发明专利]基于管片对称点的隧道接头病害指标分析方法

说明书

基于检测管片任意两对称点的盾构隧道接头病害指标分析方法，包括如下步骤：检测管片内表面呈结构对称的任意两点的坐标，算出对称线方位角、接头接缝方位角、圆心坐标；由两相邻管片接头接缝方向角之差，算出接缝夹角指标(大小和方向)；由接头接缝方向角和圆心坐标，算出接头接缝内径点和外径点坐标；建立接头接缝方向直线，算出两相邻管片的交点坐标；由两相邻管片圆心到交点距离之差，算出管片错台指标(大小和方向)；由接缝夹角指标和管片错台指标，判断接头变形模式；计算接头损伤最小值，判断接头病害模式。本发明能够无损、简单、快速、全面获得盾构隧道接头错台方向和大小、接缝夹角的方向和大小、接头损伤的大小和位置。

技术领域

本发明属于土木工程领域，尤其是涉及一种基于检测管片任意两对称点的盾构隧道接头病害指标分析方法。

背景技术

盾构隧道接头是盾构隧道的薄弱环节，接头结构病害(管片错台、接缝夹角、接头损伤)是盾构隧道结构变形的主要组成部分，也是影响盾构隧道防水性能的重要因素。因此，获取盾构隧道接头病害指标对盾构隧道结构健康评估和隧道结构维修养护的具有重要意义。

获取隧道接头结构病害指标的难度比较大，主要有四个方面的原因：(1) 隧道结构一面与水土环境接触。增大了获取指标的难度；(2)隧道结构断面大、长度大，造成了接头数量较多，采用安装仪器或传感器对每一接头进行检测，操作可能性较差、成本过高；(3)隧道内部环境恶劣，安装的仪器或传感器受环境影响耐久性差，容易损伤或损坏，造成检测的时效性差；(4)接头损伤，产生于两相邻管片接头内部，很难获取接头损伤指标。

专利(CN107965351B)公开了一种盾构隧道环缝变形的自动化监测系统及方法。需要在两个相邻管片接头内侧安装一个环缝变形监测装置，与环缝变形监测装置，调制解调仪及计算机。通过环缝变形监测装置直接测出管片环缝接头的相对水平位移，环缝接头内侧错开距离，及两管片的相对转角，间接计算错台和接缝指标。

专利(CN106091975A)公开了一种基于分布式定点感测技术的盾构隧道接缝二维变形监测方法。需要在隧道结构上预先安装固定夹具，然后安装感测光缆传感器，及保护套管、光信号解调仪等设备。通过两正交和斜交光缆，计算接头变形。

专利(CN110375722A)公开了一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法。通过大量检测获取隧道断面点云，散点图的横坐标测量相邻管片拼接处纵缝的弧长大小，将其与管片设计嵌缝宽度的差值来判断管片张开量的大小。

专利(CN106321148A)公开了一种盾构隧道接头张开变形分析方法，需要在隧道管片内表面取中点做定点检测，通过两管片定点间弦长变化值计算管片夹角。其前提假设是管片没有错台。

专利(CN106321115A)公开了一种盾构隧道的结构模型构建方法，根据材料的空间特性和结构变形性能建立数值模型，计算接头损伤性能。

专利(CN107965351B)、专利(CN106091975A)这一类专利方法的共同点和技术缺点：(1)需要在隧道结构上安装仪器或设备。①安装仪器或设备，对隧道结构的二次损伤。②受隧道内设备和环境影响，某些接缝夹角区不一定存在安装仪器及相关附属设备的空间。③面对数以千万计的隧道接头，不可能实现安装大量的仪器和设备，也存在成本高的问题。(2)工程应用性和时效性较差。①受隧道内恶劣环境和仪器耐久性的问题，安装仪器或传感器会在一定时间内性能降低或破坏，造成上述方法只能隧道全寿命期的某一短暂期间应用。②需要预埋设仪器和设备，只能用于隧道建设前期。在已经服役的运营期隧道，不容易进行后期仪器和设备安装。(3)只能得到朝向隧道空间的接头病害指标，很难获得迎土面的隧道病害指标。