本發(fā)明涉及隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，更進(jìn)一步地涉及一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法。
背景技術(shù)：
：隧道結(jié)構(gòu)變形直接關(guān)系到車(chē)輛行駛平順度及行駛安全，隧道的接頭變形是盾構(gòu)隧道變形最常見(jiàn)的形式。接頭變形造成隧道整體結(jié)構(gòu)變形，而且會(huì)產(chǎn)生接縫漏水、管片破損等病害，嚴(yán)重影響隧道結(jié)構(gòu)的健康狀況，因此，隧道接頭變形病害及評(píng)估是隧道健康評(píng)估的重要組成部分。傳統(tǒng)的盾構(gòu)接頭變形評(píng)估主要采用直接測(cè)量的方法，最傳統(tǒng)的方式是通過(guò)人眼目視估測(cè)、直尺測(cè)量管片接頭變形，主觀性較大、精度很低。也有在接頭的兩側(cè)分別安裝位移測(cè)量裝置，檢測(cè)接頭兩側(cè)位移變化計(jì)算管片的接頭張開(kāi)量。還有在接頭內(nèi)布置內(nèi)嵌鋼絲彈簧的橡膠筒，根據(jù)橡膠筒內(nèi)水體積的變化間接得到接頭的變形量。由于盾構(gòu)隧道內(nèi)具有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的管片接頭，直接檢測(cè)方法存在費(fèi)用高、效率低的問(wèn)題，而且實(shí)際操作時(shí)非常煩瑣，不利于快速測(cè)量。因此，如何設(shè)計(jì)一種測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單快速的管片接頭變形檢測(cè)方法，是目前本領(lǐng)域的技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法，能夠避免主觀測(cè)量的誤差，測(cè)量過(guò)程快速準(zhǔn)確，檢測(cè)成本低，不僅可以得到隧道內(nèi)表面的接頭張開(kāi)情況，而且能得到隧道外表面的接頭張開(kāi)情況。一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法，包括：從每塊隧道管片內(nèi)表面上至少選取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)M；測(cè)量相鄰的兩塊所述隧道管片上所述檢測(cè)點(diǎn)M之間的距離，得到實(shí)際弦長(zhǎng)L＇；比較所述實(shí)際弦長(zhǎng)L＇與原始弦長(zhǎng)L之間的關(guān)系，判斷所述隧道管片之間隧道接頭的變形狀態(tài)；當(dāng)L＇＝L，所述隧道接頭無(wú)張開(kāi)現(xiàn)象；當(dāng)L＇>L，所述隧道接頭為內(nèi)張開(kāi)；當(dāng)L＇<L，所述隧道接頭為外張開(kāi)?？蛇x地，所述檢測(cè)點(diǎn)M選取在每塊所述隧道管片內(nèi)表面的中心點(diǎn)?？蛇x地，當(dāng)所述隧道接頭為內(nèi)張開(kāi)，張開(kāi)角Δθ按以下公式計(jì)算：Δθ=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>其中，α、β分別為相鄰兩個(gè)所述隧道管片的圓心角，r為所述隧道管片的內(nèi)半徑，R為所述隧道管片的外半徑?？蛇x地，當(dāng)所述隧道接頭為外張開(kāi)，張開(kāi)角Δθ按以下公式計(jì)算：Δθ=arccosC2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>其中，α、β分別為相鄰兩個(gè)所述隧道管片的圓心角，r為所述隧道管片的內(nèi)半徑，R為所述隧道管片的外半徑?？蛇x地，所述實(shí)際弦長(zhǎng)L＇通過(guò)全站儀、三維激光掃描儀、紅外攝像儀或經(jīng)緯儀檢測(cè)獲取?？蛇x地，所述原始弦長(zhǎng)L根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到、或者隧道竣工后實(shí)測(cè)得到。本發(fā)明提供了一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法，包括以下步驟：從每塊隧道管片內(nèi)表面上至少選取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)M；連接相鄰兩個(gè)管片上的檢測(cè)點(diǎn)M，測(cè)量相鄰的兩塊隧道管片上檢測(cè)點(diǎn)M連線(xiàn)的距離，得到實(shí)際弦長(zhǎng)L＇；比較實(shí)際弦長(zhǎng)L＇與原始弦長(zhǎng)L之間的關(guān)系，判斷隧道管片之間隧道接頭的變形狀態(tài)；當(dāng)L＇＝L，隧道接頭無(wú)張開(kāi)現(xiàn)象；當(dāng)L＇>L，隧道接頭為內(nèi)張開(kāi)；當(dāng)L＇<L，隧道接頭為外張開(kāi)。本發(fā)明無(wú)需安裝接頭變形檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)非接觸式無(wú)損檢測(cè)，避免了人的主觀性和接頭損壞時(shí)產(chǎn)生的誤差，在接頭損壞或張開(kāi)角較小的情況下，也可以準(zhǔn)確得到接頭變形值，成本低。不需要進(jìn)行大量圖像處理技術(shù)、無(wú)復(fù)雜算法、應(yīng)用具有針對(duì)性，不僅可以得到隧道內(nèi)表面的接頭張開(kāi)情況，而且能得到隧道外表面的接頭張開(kāi)情況。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1所示，為本發(fā)明提供的盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法的流程圖；圖2為兩個(gè)相鄰的隧道管片無(wú)張開(kāi)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為兩個(gè)相鄰的隧道管片內(nèi)張開(kāi)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為兩個(gè)相鄰的隧道管片外張開(kāi)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為隧道無(wú)變形狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為隧道變形狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的核心在于提供一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法，能夠避免主觀測(cè)量的誤差，測(cè)量過(guò)程快速準(zhǔn)確，檢測(cè)成本低，不僅可以得到隧道內(nèi)表面的接頭張開(kāi)情況，而且能得到隧道外表面的接頭張開(kāi)情況。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖及具體的實(shí)施方式，對(duì)本申請(qǐng)的盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹說(shuō)明。如圖1所示，為本發(fā)明提供的盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法的流程圖。一種盾構(gòu)隧道接頭張開(kāi)變形分析方法，包括以下步驟：S1、從每塊隧道管片內(nèi)表面上選取檢測(cè)點(diǎn)M，可為一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)。S2、測(cè)量相鄰的兩塊隧道管片上檢測(cè)點(diǎn)M之間的距離，得到實(shí)際弦長(zhǎng)L＇，一般地，在每塊隧道管片上選取一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)M即可，連接相鄰的兩個(gè)隧道管片上的檢測(cè)點(diǎn)M，測(cè)量得到實(shí)際弦長(zhǎng)L＇，若選取多個(gè)不同的檢測(cè)點(diǎn)M，可檢測(cè)得到多個(gè)實(shí)際弦長(zhǎng)L＇，可用于驗(yàn)證準(zhǔn)確度。S3、比較實(shí)際弦長(zhǎng)L＇與原始弦長(zhǎng)L之間的關(guān)系，判斷隧道管片之間隧道接頭的變形狀態(tài)：當(dāng)L＇＝L，隧道接頭無(wú)張開(kāi)現(xiàn)象；當(dāng)L＇>L，隧道接頭為內(nèi)張開(kāi)；當(dāng)L＇<L，隧道接頭為外張開(kāi)。如圖2至圖4所示，分別表示兩個(gè)相鄰的隧道管片在無(wú)張開(kāi)、內(nèi)張開(kāi)和外張開(kāi)狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，p11、p12、p13、p14分別為左側(cè)隧道管片四個(gè)頂角，p12、p14為外側(cè)的兩個(gè)頂角，p21、p22、p23、p24分別為右側(cè)隧道管片的四個(gè)頂角，p22、p24為外側(cè)的兩個(gè)頂角。不張開(kāi)就是p11與p21、p12與p22分別緊貼；內(nèi)張開(kāi)就是p12與p22緊貼，p11與p21分離；外張開(kāi)就是p11與p21緊貼，p12與p22分離。本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的直接測(cè)量方法，無(wú)需安裝接頭變形檢測(cè)設(shè)備，為非接觸式無(wú)損檢測(cè)方法，避免了人的主觀性和檢測(cè)成本高的問(wèn)題。在隧道內(nèi)表面取點(diǎn)，避免了接頭損壞時(shí)產(chǎn)生的誤差。在接頭損壞或張開(kāi)角較小的情況下，也可以準(zhǔn)確得到接頭變形值。無(wú)需大量圖像處理技術(shù)、沒(méi)有復(fù)雜算法、應(yīng)用具有針對(duì)性，具有效率高、更具推廣性的特點(diǎn)。除此之外，不僅可以得到隧道內(nèi)表面的接頭張開(kāi)情況，而且能得到隧道外表面的接頭張開(kāi)情況。在上述基礎(chǔ)上，檢測(cè)點(diǎn)M選取在每塊隧道管片內(nèi)表面的中心點(diǎn)。中心點(diǎn)的位置更容易確定，而且位于隧道管片的對(duì)稱(chēng)面上，利于簡(jiǎn)化計(jì)算。需要注意的是，本發(fā)明連接相鄰兩個(gè)隧道管片上檢測(cè)點(diǎn)M形成的直線(xiàn)與隧道的軸線(xiàn)垂直，方便后續(xù)計(jì)算過(guò)程。如圖5所示，本發(fā)明設(shè)置有六塊隧道管片，分別標(biāo)記為1、2、3、4、5、6，在每個(gè)隧道管片分別選取中心點(diǎn)，標(biāo)記為M1、M2、M3、M4、M5、M6，1號(hào)隧道管片對(duì)應(yīng)M1，以此類(lèi)推。分別連接M1和M2、M2和M5、M5和M6、M6和M4、M4和M3、M3和M1，上述連線(xiàn)表示原始弦長(zhǎng)L。如圖6所示，為盾構(gòu)隧道變形時(shí)的整體結(jié)構(gòu)圖。分別連接M＇1和M＇2、M＇2和M＇5、M＇5和M＇6、M＇6和M＇4、M＇4和M＇3、M＇3和M＇1，上述連線(xiàn)表示實(shí)際弦長(zhǎng)L＇。在完成步驟S3完成張開(kāi)形式的判斷后，進(jìn)行步驟S4、根據(jù)弦長(zhǎng)L與張開(kāi)角Δθ的對(duì)應(yīng)關(guān)系，求出張開(kāi)角。具體地，本發(fā)明還給出一種弦長(zhǎng)及張開(kāi)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系：1)當(dāng)隧道接頭無(wú)張開(kāi)現(xiàn)象，張開(kāi)角Δθ＝0。2)當(dāng)隧道接頭為內(nèi)張開(kāi)，張開(kāi)角Δθ與弦長(zhǎng)的關(guān)系為：Δθ=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>其中，α、β分別為相鄰兩個(gè)隧道管片的圓心角，r為隧道管片的內(nèi)半徑，R為隧道管片的外半徑。下面給出張角與弦長(zhǎng)之間關(guān)系的解析推導(dǎo)：M1P122=R2+r2-2Rrcosα2]]>M2P222=R2+r2-2Rrcosβ2]]>令變形前：cos∠M1P12(P22)M2=M1P122+M2P222-L22M1P12M2P22==A+B-L22AB]]>∠M1P12(P22)M2=arccosA+B-L22AB]]>變形后：cos∠M1P12(P22)M2′=M1P122+M2P222-L′22M1P12M2P22==A+B-L′22AB]]>∠M1P12(P22)M2′=arccosA+B-L′22AB]]>Δθ=∠M1P12(P22)M2′-∠M1P12(P22)M2=arccosA+B-L′22AB-arccosA+B-L22AB]]>式中，α、β分別為相鄰兩個(gè)隧道管片的圓心角，r為隧道管片的內(nèi)半徑，R為隧道管片的外半徑，Δθ為兩管片張開(kāi)角。3)當(dāng)隧道接頭為外張開(kāi)，張開(kāi)角Δθ與弦長(zhǎng)的關(guān)系為：Δθ=arccosC2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>其中，α、β分別為相鄰兩個(gè)隧道管片的圓心角，r為隧道管片的內(nèi)半徑，R為隧道管片的外半徑。下面給出張角與弦長(zhǎng)之間關(guān)系的解析推導(dǎo)：L＞L′時(shí)，隧道接頭為圖3所示的外張開(kāi)：M1P11=2rsinα4]]>M2P21=2rsinβ4]]>令變形前：cos∠M1P11(P22)M2=M1P112+M2P212-L22M1P11M2P21=C2+D2-L22CD]]>∠M1P11(P22)M2=arccosC2+D2-L22CD]]>變形后：cos∠M1P11(P22)M2′=M1P112+M2P212-L′22M1P11M2P21=C2+D2-L′22CD]]>∠M1P11(P22)M2′=arccosC2+D2-L′22CD]]>Δθ=∠M1P11(P22)M2-M1P11(P22)M2′=arccos=C2+D2-L22CD-arccosC2+D2-L′22CD]]>式中，α、β分別為相鄰兩個(gè)隧道管片1的圓心角，r為隧道管片1的內(nèi)半徑，R為隧道管片1的外半徑，Δθ為兩管片張開(kāi)角。在上述任一技術(shù)方案及其相互組合的基礎(chǔ)上，實(shí)際弦長(zhǎng)L＇通過(guò)全站儀、三維激光掃描儀、紅外攝像儀或經(jīng)緯儀等方式進(jìn)行檢測(cè)獲取。同樣地，原始弦長(zhǎng)L可根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到、或者隧道竣工后實(shí)測(cè)得到。基于上述原理，本發(fā)明在此提供一種具體的實(shí)例：某城市地鐵盾構(gòu)隧道包括六塊管片：一塊封頂塊、兩塊鄰接塊、三塊標(biāo)準(zhǔn)塊。管片內(nèi)半徑r＝2.75m，管片外半徑R＝3.1m。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)管片間弦長(zhǎng)原始長(zhǎng)度：L12＝1.9036438m，L25＝2.9551478m，L56＝3.3291169m，L64＝3.3291169m，L43＝2.9551478m，L31＝1.9036438m。盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生如圖6所示的結(jié)構(gòu)變形時(shí)，通過(guò)全站儀、三維激光掃描儀、紅外攝像儀、經(jīng)緯儀等檢測(cè)方法，可以獲得隧道結(jié)構(gòu)變形后的各個(gè)管片間的實(shí)際弦長(zhǎng)值：L12′＝1.8960267m，L25′＝2.9590328m，L56′＝3.3250023m，L64′＝3.3360245m，L43′＝2.9442954m，L31′＝1.9137885m。從而可得：L12＞L′12，L25＜L25′，L56＞L56′，L64＜L64′，L43＞L43′，L31＜L31′根據(jù)上述計(jì)算公式得到：Δθ12＝3.7305286°；Δθ25＝0.2858057°；Δθ56＝0.4250966°；Δθ64＝0.4411152°；Δθ43＝1.4138873°；Δθ31＝1.3016645°。其中，Δθ12為1號(hào)隧道管片與2號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角，Δθ25為2號(hào)隧道管片與5號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角，Δθ56為5號(hào)隧道管片與6號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角，Δθ64為6號(hào)隧道管片與4號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角，Δθ43為4號(hào)隧道管片與3號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角，Δθ31為3號(hào)隧道管片與1號(hào)隧道管片間的張開(kāi)角。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3