一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统的制作方法

本发明涉及盾构隧道管片监测，具体为一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统。

背景技术：

1、参考专利名称为：一种盾构隧道管片上浮监测设备、监测系统及监测方法（专利公开号：cn114370857a，专利公开日：2022-04-19），包括用于设置在稳固基准位置的基准水箱、用于设置在待监测管片上的上浮监测装置和连接软管，基准液位箱和多个上浮监测装置通过连接软管串联连通，液位传感器设置在各上浮监测装置中用于检测监测液体的液位，无线传感节点连接液位传感器，多个无线传输节点通信连接数据采集节点，多个数据采集节点通过通信设备通信连接监控终端，提供了一套完整、高效、便捷、自动化的监测装置及监测方法，不需要通视条件且能够对多环管片进行高精度、实时、连续监测并自动传输记录和预警，对了解盾构隧道施工与运营中的管片上浮规律和监测预警起到积极作用。

2、基于上述文件的表述，现有的盾构隧道榫卯型管片在受到工况因素变化而产生上浮情况，而目前的上浮如果单纯通过图像进行观测其未能够识别具体为静压力上浮或动压力上浮，以至于监测的过程中未能及时的发现上浮问题，亦或是不断累积后造成后续施工精度产生偏差的问题，为此，本发明提供了一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统，解决了现有的盾构隧道榫卯型管片在受到工况因素变化而产生上浮情况，而目前的上浮如果单纯通过图像进行观测其未能够识别具体为静压力上浮或动压力上浮，以至于监测的过程中未能及时的发现上浮问题，亦或是不断累积后造成后续施工精度产生偏差的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统，包括：

3、监测机组，包含有多种测量监测仪器，用于设置在盾构隧道内进行测量榫卯型管片的位置及各参数数据，并传输至管片上浮监测系统进行处理；

4、管片上浮监测系统，将参数接收后并进行分类，并依据所需数据分析完成监测模型的建立，并依据对于数据调节后的模型所产生的上浮情况进行记录并反馈显示，且包括：

5、数据采集与转化模块，将管片形状数据、管片的参数数据以及隧道内的单元类型、单元常数、材料参数进行采集接收，并归类后存储至监测数据库中；

6、数据模型建立模块，设立模拟模型，同时通过数值模拟及理论计算的方法，对管片上浮进行多工况分析，建立数学计算模型，对管片上浮情况进行计算进行验证；

7、数据结果反馈模块，依据计算的结果和管片上浮的情况，生成对管片修复或操作调整预防的指令，并向显示面板和预警处理模块进行反馈；

8、实时更新模块，根据监测处的数据替换或基于对管片修复或操作调整预防的指令进行处理后，实现参数的更新，并完成模型的更新；

9、预警处理模块，在管片产生上浮且浮动的位移距离超出预警范围后，告知人员结合实际现场工况以及参数进行专项施工；

10、显示面板，将数据采集、监测、更新以及预警产生的数据以数据、图表的形式展现，并且通过人员控制完成命令的输出。

11、优选的，所述监测机组的测量方式为：

12、a1、首先根据施工导线规划出隧道中线，并根据所处平面进行中线标高，然后用全站仪测出隧道实际内净空参数并与隧道设计断面作比较后得到施工后的管片形状；

13、a2、采用水平仪、水准仪、铝尺、反射片，在水平尺中点处贴一张反射片并测出管片的三维坐标，然后根据管片半径和水平尺的长度计算出发射片到圆心的距离即为圆心的实测三维坐标，再根据实测坐标与设计坐标作比较判断管片在各个方向发生的位移情况；

14、a3、继续采用传感器和高清相机完成对隧道内的单元类型、单元常数、材料参数的采集。

15、优选的，所述数据模型建立模块对于模拟模型的建立分析操作为：

16、b1、依据采集到管片参数和隧道参数的数据完成对模拟模型的简化建设，且满足以下模型简化条件：

17、将土层简化为6层，土体参数取隧道深度范围内的平均值，并将隧道坡度以及管片的连接处设定为平坡，并将管片作为一环的整体，管片环间螺栓接头效应忽略不计，且地下水渗流简化为浮力，管片对上覆土的挤压力作用在管片与土体的接触面上；

18、b2、然后基于模型选择需要分析的区域，进行网格细化处理操作，依次对浆液性质、土体性质、管片脱离盾尾距离对管片上浮变形的影响作出分析；

19、b3、位于模拟模型上设定多个监测节点，通过改变不同的工况情况，从模型的监测节点所得到的数据变化进行结果分析操作。

20、优选的，所述b2中针对于分析区域进行网格细化的操作步骤为：

21、b21、对于分析区域进行网格划分的操作，并寻找需要细化网格的部分，对局部结构进行细化；

22、b22、并利用显式积分求解器计算自动增加时间增量步长，以此追踪应力波在区域弹性体中的传播，从而对网格进行质量放大，细化网格部分的具体结构，而应力波通过最小网格单元所用时间即时间增量步长计算公式为：

23、；

24、且；

25、最后得到：；

26、其中，代表时间增量步长；代表应力波在单元格中的传播速度；代表最小网格单元长度；代表材料的弹性模量；代表材料密度；代表泊松比。

27、优选的，所述b3中对于工况情况的设定为：

28、b31、设定有i、ii、iii三组基础工况，且三组基础工况的浆液杨氏模量、土层弹性模量和管片脱离盾尾距离数据相同；

29、b32、通过调节工况情况来分析模型的变化情况，且包含以下3种：

30、选取i组基础工况作为参照，而通过将浆液杨氏模量作为变量，且不断的增大浆液杨氏模量数值后，得到管片的上浮情况数据并作出分析；

31、选取ii组基础工况作为参照，而通过将土层弹性模量作为变量，且不断的减小土层弹性模量数值后，得到管片的上浮情况数据并作出分析；

32、选取iii组基础工况作为参照，而通过将管片脱离盾尾距离作为变量，且不断的减小管片脱离盾尾距离数值后，得到管片的上浮情况数据并作出分析。

33、优选的，所述b32中针对于参数改变后，对于管片进行受力分析的步骤为：

34、c1、首先根据模拟模型中对应的截面图像数据进行分析，将变化后的图像数据覆盖至变化前的图像进行比对，将变化后图像中关于管片的特征数据标记，将其他背景特征透明化处理；

35、c2、观测变化后图像中管片的特征与变化前图像中管片的特征是否重合，若重合，则继续测算管片是否受到静压力，若未重合，则管片受到动压力影响；

36、c3、而通过对管片受力进行分解后，其位于竖直方向受力包括浮力地基回弹力、管片重力、浆液重力、粘滞阻力和上覆土压力，且管片上浮位于竖向的受力计算公式为：。

37、优选的，所述步骤c2至c3中管片处于平衡状态时，注浆浆液产生的静压力的上浮计算公式为：

38、；

39、其中为注浆浆液产生的静压力；为管片外径；为管片宽度；为浆液容重。

40、优选的，所述步骤c2至c3中管片处于动态状态时，浆液在扩散中产生的动压力的上浮计算公式为：

41、 ；

42、其中，为注浆浆液产生的动压力；为动态上浮力的作用宽度；为施工采用的注浆压力；为注浆浆液为分布区域边界与竖向的夹角。

43、优选的，所述数学计算模型的建立步骤为：

44、d1、依据管片上浮位于竖向的受力计算数据，并根据在不同工况数据的调节下，得到关于静压力上浮数据和动压力的上浮数据；

45、d2、建立关于管片上浮变化的数学计算模型，并将计算的数据形成训练集引入至数学计算模型进行训练优化；

46、d3、 在优化后将数学计算模型应用在对于实际监测区域的管片安装，以及在实际参数产生变化后，引入上浮的阈值范围数据，在超过阈值范围时及时进行预警反馈。

47、优选的，所述数据结果反馈模块将监测的数据产生的结果生成调整预防的指令，提前对于所处的工况情况数据得知后，进行管片安装以及影响因素的规范操作。

48、本发明提供了一种盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

49、（1）、该盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统，通过设置有管片上浮监测系统，将参数接收后并进行分类，并依据所需数据分析完成监测模型的建立，并依据对于数据调节后的模型所产生的上浮情况进行记录并反馈显示，以此优化上浮监测的数据模型，有效的监测管片受工况因素变化而产生的静压力上浮或动压力上浮，提高监测的精度，并及时的知晓施工过程中的问题影响，以此提高监测的效率。

50、（2）、该盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统，通过数据模型建立模块建立简化的模拟模型，以此在基于模型的基础上对于工况情况的数值进行改变实验，从模型的监测节点得到管片上浮的数据变化，分析出工况情况变化对于上浮情况的大小，从而得到多种数据进行后续的训练操作，从而实现对盾构隧道榫卯型管片施工过程中更好的监测操作，并提前根据采集的数据解决可能产生的问题。

51、（3）、该盾构隧道榫卯型管片上浮监测系统，通过数据模型建立模块分析处理得到的关于静压力上浮数据和动压力的上浮数据引入至数学计算模型进行训练优化，从而在应用于实际操作时，及时的预测和反馈出数据变化产生的结果，支持人员进行提早的问题排查，同时使得监测的效果更为明显，结果亦更为准确。