一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法技术

本发明专利技术属于隧道结构变形观测领域，具体是一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：采集弧段的数据，弧段的逐一数据拟合，圆形盾构隧道的整体拟合计算。本发明专利技术的优点是：能够通过若干弧段的拟合，计算出断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片的相对错台量与相对旋转量，从而明显说明每片管片内部线性的情况，变形、错台主要发生在接口部位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于隧道结构变形观测领域，具体是。
技术介绍
由于盾构隧道的自身结构、周边水土压力、行车动荷载等因素的影响，随着时间的推移，盾构隧道大多产生“横鸭蛋”形变形，为了了解这种变形量的大小，目前多采用全断面收敛测量的方法。全断面扫描收敛测量作为评价圆形盾构隧道断面变形情况的重要指标，与沉降、平面位移、渗漏水调查等方法一起，从不同侧面评价盾构隧道的健康状况。目前，全断面扫描收敛测量数据采集一般采用全站仪、附以机载程序、沿隧道剖面按20cm左右的步长自动逐点采集，数据处理一般采用以椭圆为数据模型进行全断面整体拟合，以拟合的椭圆长轴和短轴与设计半径的较差的大小来评价变形量。然而总体变形较 小时采用圆或椭圆拟合影响不大；但对局部变形量较大的区段，椭圆模型把隧道剖面描述为连续的曲线，不能反映相邻管片间的错台、旋转等实际情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供，该方法将圆形盾构隧道看作由若干个弧段拼接而成，通过弧段各自的拟合，并把拟合后的各弧段连接成一不规则剖面，与设计断面比较，从而计算断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片间的相对错台量与相对旋转量，实现对圆形盾构隧道的精确变形测量。本专利技术目的实现由以下技术方案完成: ，用于圆形盾构隧道的变形测量，所述圆形盾构隧道由若干呈圆弧状的管片拼接而成，其特征在于:所述方法至少包括以下步骤: (a)采集所述圆形盾构隧道的断面观测数据，该观测数据包括所述管片之间拼装缝的位置数据，且每个管片内圆周上的有效采集点不少于6个； (b)把观测数据以所述管片间的拼接缝作为分界点，将所述圆形盾构隧道断面划分为若干弧段，并通过步骤(a)中所采集到的有效采集点对所述弧段逐一进行数据拟合； (c)结合步骤(b)中所述逐一进行数据拟合的结果，完成所述圆形盾构轨道的变形测量的整体拟合计算。步骤(b)中的所述数据拟合具体包括如下步骤:对所述弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；采用所述弧段内有效的观测点，独立进行最小二乘法圆弧拟合，计算所述弧段的圆心和半径；以所述圆心和半径，以及所述弧段的起始角和终止角定义该所述弧段。步骤(c)中的所述变形测量的整体拟合计算具体包括: 计算所述圆形盾构隧道的横径变形量，所述横径变形量为最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点的距离，所述最左侧弧段的切点、所述最右侧弧段的切点分别根据各自圆心和半径的拟合结果计算； 计算所述圆形盾构隧道的竖径变形量，所述竖径变形量为最上侧弧段的切点与下部对中点的距离，所述最上侧弧段的切点根据其圆心和半径的拟合结果计算，下部对中点通过观测仪器确定； 计算相邻管片间的错台量，所述错台量为所有分界点处相邻弧段沿半径方向的错开量，所述错开量根据相邻管片各自圆心和半径的拟合结果计算； 计算相邻弧段间的相对旋转角，所述相邻旋转角为所有分界点处相邻弧段切线的方位角之差，所述相对旋转角根据相邻管片各自圆心、起始角和终止角的拟合结果计算； 综合上述数据整体拟合判断所述圆形盾构隧道的变形量。本专利技术的优点是:能够通过若干弧段的拟合，计算出断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片的相对错台量与相对旋转量，从而明显说明每片管片内部线性的情况，变形、错台主要发生在接口部位。附图说明图1是本专利技术的观测示意 图2是本专利技术中错台量示意 图3是本专利技术中相邻管片旋转角示意 图4是传统椭圆模型解算成果 图5是本专利技术实施例椭圆模型解算成果图。具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解: 如图1-5所示，图中标记1-6分别为:观测仪器1、管片2、管片3、管片4、管片5、管片6。实施例:如图1所示，本实施中的圆形盾构隧道由呈圆弧状的管片2、管片3、管片4、管片5、管片6相互拼接而成，观测仪器I放置于该圆形盾构隧道内部，以测试由上述管片拼接成的圆形盾构隧道的变形程度。本实施例的具体拟合方法如下: I)使用观测仪器I观测采集该圆形盾构隧道的断面观测数据的同时，把管片之间的拼装缝的位置也采集到，要求每个管片弧段内圆周上有效的采集点不少于六点，较短弧段内有效采集点点数不够时进行补测直至满足六点的要求。2)对采集到的数据进行处理，将圆形盾构隧道以管片之间的拼缝为分界点划分为若干弧段。3)对单一弧段的数据处理过程如下: a)对弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；b)采用弧段内有效的观测点，独立进行最小二乘法圆弧拟合，计算圆心与半径； C)以圆心、半径、起始角、终止角这四个参数定义该弧段。4)按步骤3)对所有弧段逐一进行拟合计算以得到全部弧段的拟合结果。5)计算出最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点的距离，用来评价横径变形，最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点可通过其各自的圆心和半径来计算得出。6)计算最上侧弧段的切点与下部对中点的距离，用来评价竖径变形，最上侧弧段的切点根据其圆心和半径的拟合结果计算，下部对中点通过观测仪器I确定。7)计算所有分界点处相邻弧段沿半径方向的错开量L，即为相邻管片环该位置的错台量(如图2所示)，错开量根据相邻管片各自圆心和半径的拟合结果计算。8)计算所有分界点处相邻弧段切线的方位角之差，即为相邻弧段的相对旋转角。如图3所示管片5的圆心为O5，管片6的圆心为O6，两者由于变形在其接缝处造成相对旋转，其旋转角度为a，该旋转角度为两个管片在接缝处的两个切线之间的夹角，相对旋转角根据相邻管片各自起始角和终止角的拟合结果计算。本实施例在具体实施时: 某圆形盾构隧道的变形量在CAD中展点后，其横径变形为0.147，其纵径变形为-0.167，针对此圆形盾构隧道分别采用现有技术的拟合方法(A)以及本实施例中的拟合方法(B)来测量其变形程度，该变形程度指的是实际测试的数据与理论数据的差异大小。A、采用传统椭圆模型解算，按每15°计算圆周上各点与圆心的距离跟理论半径比较、以向下为角度零方向、顺时针为角度正方向展开如图4所示。根据图4，采用目前传统的椭圆模型时:可解算出横向变形(90°处变形量+270°处的变形量)、竖向变形(180°处变形量)，且变形量与CAD展点成果基本一致；但不能解算相邻管片的错台量、旋转角，使其无法全面地测量出该圆形盾构隧道的变形情况。B、按照本实施例，根据实测的数据，可解算出:权利要求1.种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，用于圆形盾构隧道的变形测量，所述圆形盾构隧道由若干呈圆弧状的管片拼接而成，其特征在于:所述方法至少包括以下步骤: Ca)采集所述圆形盾构隧道的断面观测数据，该观测数据包括所述管片之间拼装缝的位置数据，且每个管片内圆周上的有效采集点不少于6个； (b)把观测数据以所述管片间的拼接缝作为分界点，将所述圆形盾构隧道断面划分为若干弧段，并通过步骤(a)中所采集到的有效采集点对所述弧段逐一进行数据拟合； (c)结合步骤(b)中所述逐一进行数据拟合的结果，完成所述圆形盾构轨道的变形测量的整体拟合计算。2.据权利要求1所述的，其特征在于:步骤(b)中的所述数据拟合具体包括如下步骤:对所述弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；采用所述弧段内有效的观测点，独立进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，用于圆形盾构隧道的变形测量，所述圆形盾构隧道由若干呈圆弧状的管片拼接而成，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：（a）采集所述圆形盾构隧道的断面观测数据，该观测数据包括所述管片之间拼装缝的位置数据，且每个管片内圆周上的有效采集点不少于6个；（b）把观测数据以所述管片间的拼接缝作为分界点，将所述圆形盾构隧道断面划分为若干弧段，并通过步骤(a)中所采集到的有效采集点对所述弧段逐一进行数据拟合；（c）结合步骤(b)中所述逐一进行数据拟合的结果，完成所述圆形盾构轨道的变形测量的整体拟合计算。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春生，王吉，侯敬宗，付和宽，许正文，袁钊，
申请(专利权)人：上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：