[發明專利]一種盾構隧道服役性能健康評價方法

有效

• 申請號: 202010172581.2
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111428293B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 劉學增;賴浩然;桑運龍;段俊銘
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海同巖土木工程科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 上?？坡蓪＠硎聞账?特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

一種盾構隧道服役性能健康評價方法，包括1)基于荷載結構法，獲得隧道橢圓度及螺栓軸力比值與荷載比值的函數關系，分別記為第一和第二關系曲線；2)定義隧道服役性能健康度的表達式，建立橢圓度、螺栓軸力及荷載比值函數關系，并基于試驗數據求解出隧道服役性能健康度表達式中的未知量，進而繪制出隧道服役性能健康度與橢圓度及螺栓軸力比值關系函數的等值線熱量圖，記為第三關系曲線；3)基于所述的第一、第二和第三關系曲線，建立隧道服役性能健康度與荷載比值函數關系，記為第四關系曲線，分析得到不同階段關鍵點對應的隧道服役性能健康度的取值范圍，并劃分隧道服役性能等級。本發明能快速、簡明且合理地對隧道結構安全進行評估。

技術領域

本發明涉及一種盾構隧道服役性能健康評價方法。

背景技術

地鐵盾構隧道處于復雜的地質環境中，隨著隧道服役時間的增長以及外部環境的改變，隧道結構的安全性和耐久性會呈現不同程度的降低，結構服役性能逐漸劣化，常伴隨著諸如結構整體大變形、滲漏水、長裂紋、混凝土掉塊、不均勻沉降等病害發生，嚴重威脅地鐵隧道的運營安全。因此，為了合理評價既有老化隧道結構的服役性能并采取針對性的維修加固措施，建立科學的盾構隧道結構服役性能評價方法具有重要意義。然而，由于造成隧道服役性能劣化的影響因素復雜，現有針對盾構隧道服役性能的評價體系和標準主要以工程經驗和理論分析為主，并且一般需花費大量人力、財力對隧道結構的各項指標進行全面檢測，缺乏一種簡明、快捷和合理的盾構隧道服役性能確定方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種由隧道變形、螺栓軸力和管片應變確定盾構隧道服役性能的方法，本發明工程中可應用于確定盾構隧道結構粘鋼補強加固時機。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種盾構隧道服役性能健康評價方法，包括以下步驟：1)基于荷載結構法，采用相似模型試驗的手段，開展盾構隧道結構受力變形破壞試驗，獲得隧道橢圓度及螺栓軸力比值與荷載比值的函數關系，分別記為第一和第二關系曲線；2)定義隧道服役性能健康度的表達式，建立橢圓度、螺栓軸力及荷載比值函數關系，并基于試驗數據求解出隧道服役性能健康度表達式中的未知量，進而繪制出隧道服役性能健康度與橢圓度及螺栓軸力比值關系函數的等值線熱量圖，記為第三關系曲線；3)基于所述的第一、第二和第三關系曲線，建立隧道服役性能健康度與荷載比值函數關系，記為第四關系曲線，分析得到不同階段關鍵點對應的隧道服役性能健康度的取值范圍，并劃分隧道服役性能等級。

進一步的，還可以包括步驟4)：量測現場隧道的橢圓度和螺栓軸力，計算得到隧道服役性能健康度，從而確定出隧道結構服役性能等級。

進一步地，所述的隧道服役性能健康度表達式的未知量包含隧道橢圓度比值修正系數和螺栓軸力比值修正系數，具體求解方法為：

基于試驗數據繪制隧道橢圓度比值、螺栓軸力比值和荷載比值的三維散點圖形，借助最小二乘法進行非線性擬合，從而得到隧道橢圓度比值修正系數和螺栓軸力比值修正系數。

所述的三維散點圖形的擬合函數公式為：

式中，α為隧道橢圓度比值X的修正系數，β為螺栓軸力比值Y的修正系數，P_r為荷載比值。

進一步地，所述的隧道服役性能健康度取值范圍的確定方法具體為：

將關鍵點所確定的隧道橢圓度及螺栓軸力比值代入所述的第三關系曲線獲得不同階段下隧道服役性能健康度的取值范圍。

進一步地，所述關鍵點包括管片首次開裂點、拱頂內側裂縫密集點、螺栓或鋼筋屈服點、承載極限點和隧道結構坍塌點。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：本發明簡化了一般隧道結構服役性能評價的方法，為結構安全評估提供了一種快速、便捷且合理的確定盾構隧道結構服役性能和承載狀態的新方法，具有較好的實際應用價值。