一种地铁施工加固方法技术

本发明专利技术提供一种地铁施工加固方法，包括以下步骤：S1.洞口开挖；S2.盾构机掘进；S3.钢筋混凝土管片铺设；S4.隧道结构加固：当隧道掘进完成后，测量隧道表面变形，对变形部位采用拱形加固结构进行结构加固和封闭。其中拱形加固结构中采用标准化模块化设计，各个模块之间可以快速连接和拆卸。另外通过激光扫描技术实现高速、高密度、高分辨率的数据采集，获取隧道表面塌陷、位移等微小变形信息，并利用加固结构进行针对性地加固，大大提高了地铁施工的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁施工加固方法


[0001]本申请涉及隧道施工领域，尤其涉及一种地铁施工加固方法。

技术介绍

[0002]地铁盾构施工法是一种在城市地下进行快速、高效、便捷的隧道建设方法。它通过利用专门设计的盾构机进行施工，将钢管和混凝土等材料在地下挖掘成型，并同时完成支护结构的施工，能够在较短时间内实现隧道的开挖、支护和固结，大大缩短了隧道建设周期。
[0003]盾构机是一种专门用于地下隧道施工的机械设备，通常由盾构壳体、前部开挖装置、推进系统、后部支撑系统、电气及液压系统等组成。在地铁盾构施工中，盾构机首先通过前部开挖装置在地下逐渐挖掘出隧道，然后使用推进系统将盾构机移动到挖掘的前端位置，同时进行管片安装和环状混凝土浇筑，完成隧道开挖和支护。
[0004]在盾构施工过程中，加固是非常重要的一步。由于地下隧道长期处于地下环境中，在施工过程中需要考虑其稳定性和安全性，防止出现塌方、坍塌、破坏等安全事故。而加固作为隧道支护的重要措施之一，对于保障隧道稳定、防止各种事故的发生具有非常重要的意义。然而现有的加固结构十分复杂，不便于现场施工；另外，无法及时发现需要加固的部位，进而无法进行针对性的加固。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种地铁施工加固方法。
[0006]本专利技术的一种地铁施工加固方法，包括以下步骤：
[0007]S1.洞口开挖：盾构施工开始前，对隧道两端进行开挖，以便盾构机的出入和管片的运输。开挖洞口进行支护，以确保隧道周围的土体不会坍塌。r/>[0008]S2.盾构机掘进：随着洞口的开挖完成，盾构机开始掘进。在掘进过程中，对地质条件、地层情况以及盾构机的运行参数进行实时监测，确保隧道施工的安全和顺利。
[0009]S3.钢筋混凝土管片铺设：当盾构机掘进一段距离后，开始铺设钢筋混凝土管片了。管片的数量和长度由隧道尺寸和设计要求决定。管片通过盾构机后部的输送系统运输并铺设在隧道内。
[0010]S4.隧道结构加固：当隧道掘进完成后，测量隧道表面变形，对变形部位进行结构加固和封闭。
[0011]其中，所述对变形部位进行结构加固和封闭，包括在变形部位设置加固装置，所述加固装置为模块化的拱形加固结构。
[0012]所述拱形加固结构，包括：
[0013]一对侧拱元件，固定在拱顶的两侧，从地面延伸到拱顶的中间位置；
[0014]至少一个中心拱形元件，其插入在两个横向元件之间的中心空间中，从而形成覆盖隧道拱顶中央部分的拱形。中心拱形元件通过锁合结构连接到一对侧拱元件，锁合结构
包括侧拱元件端部的C形结构，C形结构包括横向凹槽，以容纳中心拱形元件的边缘。
[0015]中心拱形元件设置有加强肋。侧拱元件的背部设置加强肋；C形结构还包括开口槽，以便水从拱顶流出并在加强肋间流动，进而收集在隧道中的排水通道中。侧拱元件的背部加强肋设有锚定螺钉，将侧拱元件固定至隧道的拱顶。
[0016]侧拱元件的侧端配备能够接收相邻侧拱元件的侧边的结构，以便拱形加固结构从沿着隧道的整个长度串联安装，以覆盖需要加固的区域。
[0017]其中，采用激光扫描精确测量隧道表面变形。通过使用激光仪器进行扫描，获取高精度的隧道表面数据，从而实现对隧道内部结构变形的监测和分析。
[0018]激光扫描的隧道变形方法，包括以下步骤：
[0019]S41.在隧道内部设置多个激光发射器和接收器，并分别与计算机相连；
[0020]S42.利用激光发射器沿不同方向向隧道内表面发射激光束，激光信号经直线传播后被接收器采集并转换为模数转换器输入信号输入到计算机上，计算机根据输入的信号反演出激光信号发射点与激光信号接收点之间的距离；
[0021]S43.根据所获取的激光扫描数据，使用离散余弦变换在线性范围内进行信号压缩，减少数据带宽，并使得影响因素更为明显；
[0022]S44.计算隧道表面的三维坐标，并进行三角剖分，将原始数据进行重构，得到三维隧道表面模型，同时根据该三维表面模型计算得到隧道各部位的分布应力；
[0023]S45.根据所得到的隧道各部位分布应力的数据，进一步对隧道结构的变形情况进行监测，根据应力张量求解应力主轴方向PSD和应力主值PVS，公式如下：
[0024][0025][0026][0027]其中，σ
x
、σ
y
和σ
z
分别是应力张量的主值，方向角度θ和分别表示应力主轴方向与世界坐标系(x,y,z)之间的角度；
[0028]根据PSD和PVS的数据结果，使用统计学方法进行协方差分析，以确定变形源，并用最小二乘法进行反演计算，得出变形源的空间位置和位移大小；
[0029]S46.基于反演计算得到的变形源的位置和位移大小，结合3D图形技术，对隧道变形情况进行可视化展示。
[0030]其中，该激光扫描系统通过多个激光发射器和接收器的多方向扫描，较为全面地获取隧道内部表面的变形情况，从而提高了监测系统的监测精度和效率。
[0031]步骤S43是在所获取的激光扫描数据基础上，使用离散余弦变换在线性范围内进行信号压缩，以减少数据带宽并使影响因素更为明显。步骤如下：
[0032]S431.将三维激光扫描数据表示为一个三维数组，其中每个元素代表激光扫描数据中的一个点，该点的坐标和强度等信息存储在该元素中。假设该数组的大小为M
×
N
×
L，其中M、N和L分别代表三个坐标轴上的采样点数。
[0033]S432.对这个三维数组的每个二维平面(沿着某个坐标轴)进行离散余弦变换，并
保留前K个系数，其中K是一个小于等于最小维数的整数，即K≤min(M
i
,N
i
)。这些系数表示了该平面在频域上的主要信息，用来重建原始数据。对于二维平面i，其离散余弦变换结果表示为：
[0034][0035]其中，f(m,n)
i
表示位于平面i中坐标为(m,n)的点的强度值，F(k,l)
i
表示离散余弦变换后第i个平面在频域中对应的系数。经过离散余弦变换之后，将F(k,l)
i
的大小按照降序排列，并保留前K个系数，其余系数则用零来代替。
[0036]S433.对于每个沿着坐标轴的平面，在压缩后的系数和原始数据中，仅保留了前K个重要系数。因此，在使用压缩数据进行重建时，将使用离散余弦变换方法计算得到的系数进行逆变换，以重建原始的三维激光扫描数据。
[0037]其中，所述在隧道内部设置多个激光发射器和接收器，并分别与计算机相连，包括以下步骤：
[0038]S411.激光扫描设备安装与姿态测量：在进行姿态校准前，确定激光扫描设备的安装位置以及方向。在安装完成后，利用陀螺仪、加速度计等惯性导航组件对设备的姿态进行测量和记录。
[0039]S412.采集扫描数据并预处理：在测量好设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地铁施工加固方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.洞口开挖：盾构施工开始前，对隧道两端进行开挖，以便盾构机的出入和管片的运输；开挖洞口进行支护，以确保隧道周围的土体不会坍塌；S2.盾构机掘进：随着洞口开挖完成，盾构机开始掘进；在掘进过程中，对地质条件、地层情况以及盾构机的运行参数进行实时监测，确保隧道施工的安全和顺利；S3.钢筋混凝土管片铺设：当盾构机掘进一段距离后，开始铺设钢筋混凝土管片了；管片的数量和长度由隧道尺寸和设计要求决定；管片通过盾构机后部的输送系统运输并铺设在隧道内；S4.隧道结构加固：当隧道掘进完成后，测量隧道表面变形，对变形部位进行结构加固和封闭。2.如权利要求1所述的地铁施工加固方法，其特征在于，所述对变形部位进行结构加固和封闭，包括在变形部位设置加固装置，所述加固装置为模块化的拱形加固结构；所述拱形加固结构，包括：一对侧拱元件(2、2
’
)，固定在拱顶的两侧，从地面延伸到拱顶的中间位置；至少一个中心拱形元件(3)，其插入在两个横向元件(2、2
’
)之间的中心空间中，从而形成覆盖隧道拱顶中央部分的拱形；中心拱形元件(3)通过锁合结构连接到一对侧拱元件(2、2
’
)，锁合结构包括侧拱元件(2、2
’
)端部的C形结构，C形结构包括横向凹槽，以容纳中心拱形元件(3)的边缘(31)；中心拱形元件(3)设置有第一加强肋(33)；侧拱元件(2、2
’
)的背部设置第二加强肋(22、22
’
)；C形结构还包括开口槽(25)，以便水从拱顶流出并在加强肋(22、22
’
)间流动，进而收集在隧道中的排水通道中；侧拱元件(2、2
’
)背部第二加强肋(22、22<...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄树蓉，杨旭，于巍，朱传翔，王乐，王凯影，
申请(专利权)人：娄树蓉，
类型：发明
国别省市：