[發明專利]一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011109073.6
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112253134B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 拾峰;陳兵;張春寧;仲宇;薛倩倩;宗為文;孫軍強;李重六;趙孝祥;陳弘毅
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力工程咨詢有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21D9/06;E21F17/18;E21F17/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

本發明公開了一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置，包括盾構機姿態和沉降監控設備、隧道沉降監控設備、無線傳輸設備和BIM平臺；盾構機姿態和沉降監控設備，安裝于盾構機的尾部，用于監測盾構機的傾角和沉降并將盾構機機頭的傾角θ和因機頭重量引起的沉降量Lsubgt;0/subgt;經無線傳輸設備輸出至BIM平臺；隧道沉降監控設備，安裝在已掘進的沿線隧道襯墊內側，用于監測已掘進隧道的沉降并將已掘進隧道的沉降量Lsubgt;1/subgt;經無線傳輸設備輸出至BIM平臺；BIM平臺，用于對接收的信息進行處理得到地層損失量。本發明還公開了一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置的方法，本發明直接準確實時測量盾構過程中的地層損失，避免依據地表沉降分析引起的滯后性。

技術領域

本發明涉及隧道工程技術領域，特別是一種基于BIM(Building?InformationModeling，建筑信息模型)的隧道地層損失量監測裝置及方法。

背景技術

隧道周邊沉降直接危害地表建筑物的正常使用和安全，其直接原因是盾構過程中產生的地層損失。地層損失，是指因盾構掘進過程中產生的土與隧道之間的間隙，導致隧道周邊土體應力不平衡產生變形，一段時間后會傳遞至地表，引起地表發生沉降。如果能在盾構過程中能監測地層損失，一旦地層損失量偏大，可及時進行灌漿，這有利于管控盾構過程中地表的變形，避免地表建筑物因沉降導致無法使用。然而，隧道在施工過程中尚沒有監測地層損失的儀器設備，無法直接測量土層損失量，而是直接測量地表沉降。對于地表沉降測量雖然能直接反映沉降量，但其具有滯后性。一旦監測到較大沉降，破壞已發生，此階段可使用的管控措施有限。

現有技術中，對于地層損失量一般采用理論分析獲取，即根據開挖尺寸和管片外尺寸，不考慮盾構機在土中下層而進行計算。計算值與實際值差異較大，無法用于指導施工。而且不同地段的土質條件差異較大，其地層損失量不盡相同，理論分析計算無法用于實際工程；地層損失量測量存在一定的難度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置及方法，本發明考慮機頭沉降的影響，直接準確實時測量盾構過程中的地層損失，避免依據地表沉降分析引起的滯后性。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置，包括盾構機姿態和沉降監控設備、隧道沉降監控設備、無線傳輸設備和BIM平臺；其中，

盾構機姿態和沉降監控設備，安裝于盾構機的尾部，用于監測盾構機的傾角和沉降并將盾構機機頭的傾角θ和因機頭重量引起的沉降量L₀經無線傳輸設備輸出至BIM平臺；

隧道沉降監控設備，安裝在已掘進的沿線隧道襯墊內側，用于監測已掘進隧道的沉降并將已掘進隧道的沉降量L₁經無線傳輸設備輸出至BIM平臺；

BIM平臺，用于對接收的盾構機機頭的傾角θ、因機頭重量引起的沉降量L₀、已掘進隧道的沉降量L₁進行處理得到地層損失量。

作為本發明所述的一種基于BIM的隧道地層損失量監測裝置進一步優化方案，所述隧道沉降監控設備有多個，每隔5-50m在隧道頂部布設1個。

基于上述的基于BIM的隧道地層損失量監測裝置的方法，包括以下步驟：

步驟1、基于BIM技術和盾構機頭行進坐標，建立盾構機行進過程的三維模型；

步驟2、基于步驟1中的三維模型和隧道沉降監控設備監測結果，采用樣條曲線對已掘進隧道的沉降量沿行進里程進行插值，建立具備時空效應的三維隧道變形模型；

步驟3、基于BIM的三維模型技術，獲取由于非線性引起的盾構機切向旋轉占用體積和隧道的等效開挖半徑；