[發(fā)明專利]一種大直徑公軌合建盾構(gòu)隧道管片上浮及收斂監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110709868.9
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113432545B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明宇;余劉成;張啟瑞;田應(yīng)飛;杜亞林;曾力;靳軍偉;劉云龍;李翔宇;陳允斌
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01C5/00;E21D11/08
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1.一種大直徑公軌合建盾構(gòu)隧道管片上浮及收斂監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括大直徑公軌合建盾構(gòu)隧道、全站儀、起始點(diǎn)棱鏡組、側(cè)壁棱鏡組、兩個(gè)L型小棱鏡、側(cè)壁支架、棱鏡對中桿、吊耳、拱頂支架及多個(gè)反射片；大直徑公軌合建盾構(gòu)隧道包括多個(gè)通過管片螺栓沿前后方向首尾順次連接的管片和位于管片下方的箱涵，每一個(gè)管片均包括通過管片螺栓沿周向順次連接的砌塊，隧道下方拼裝有箱涵；所述起始點(diǎn)棱鏡組安置于隧道內(nèi)箱涵底部的高程穩(wěn)定區(qū)域，所述全站儀包括第一全站儀和第二全站儀；所述側(cè)壁支架用膨脹螺栓定位于箱涵側(cè)壁，其上部用于安裝第一全站儀和側(cè)壁棱鏡組；所述棱鏡對中桿架設(shè)在新拼裝管片周圍，所述拱頂支架通過螺栓和吊耳與管片相連，且拱頂支架的底部安裝有第二全站儀；所述吊耳為一塊彎折鋼板，其上預(yù)留有多個(gè)安裝孔，吊耳彎折角度根據(jù)拱頂區(qū)域預(yù)留的螺栓孔傾斜角度而定，實(shí)現(xiàn)拱頂支架底座平行于水平面；所述兩個(gè)L型小棱鏡之一通過膨脹螺栓安裝于開挖面后方高程穩(wěn)定區(qū)域的隧道頂部，另一個(gè)L型小棱鏡通過膨脹螺栓安裝于新拼裝管片的拱頂；所述反射片粘貼于新拼裝管片的拱底和拱腰測量點(diǎn)位上；所述一種大直徑公軌合建盾構(gòu)隧道管片上浮及收斂監(jiān)測系統(tǒng)對于管片上浮和管片收斂的監(jiān)測功能，通過下述步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)：在箱涵底部的高程穩(wěn)定區(qū)域中央安放起始點(diǎn)棱鏡組，設(shè)立拱底基準(zhǔn)點(diǎn)O₁，通過隧道已知水準(zhǔn)點(diǎn)測得其高程為H_O1，在基準(zhǔn)點(diǎn)O₁和開挖面之間的高程穩(wěn)定區(qū)域的箱涵側(cè)壁安裝側(cè)壁支架，設(shè)立側(cè)壁基準(zhǔn)點(diǎn)O₂；

步驟二、建立獨(dú)立坐標(biāo)系：在側(cè)壁支架上安放第一全站儀，測得兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)O₁和O₂的平距L₁₂和高差H₁₂，將(0，0，H_O1)作為O₁的位置坐標(biāo)，(L₁₂，0，H_O1+H₁₂)作為O₂的位置坐標(biāo)，以基準(zhǔn)點(diǎn)O₁與O₂在水平面投影連線為M軸，平面上與M軸垂直的則為N軸，垂直于水平面為Z軸，以此建立獨(dú)立坐標(biāo)系；

步驟三、分別測得O₁和O₂基準(zhǔn)點(diǎn)沿隧道縱向軸線的距離L_l以及沿隧道橫向截面投影距離L_v，由此得出獨(dú)立坐標(biāo)系的M軸與隧道縱向軸線X軸夾角以及獨(dú)立坐標(biāo)系的N軸與隧道橫向截面投影線Y軸夾角

步驟四、向開挖面導(dǎo)站：在側(cè)壁支架處安裝第一全站儀，并將O₂位置坐標(biāo)設(shè)為測站點(diǎn)坐標(biāo)，在新拼裝管片周圍設(shè)站點(diǎn)O₃并架設(shè)棱鏡對中桿，以基準(zhǔn)點(diǎn)O₁為已知后視點(diǎn)，采用位于基準(zhǔn)點(diǎn)O₂的第一全站儀在獨(dú)立坐標(biāo)系中測得站點(diǎn)O₃坐標(biāo)，隨后在站點(diǎn)O₃處架設(shè)第一全站儀，于基準(zhǔn)點(diǎn)O₂處安裝側(cè)壁棱鏡組；

步驟五、測量拱底測點(diǎn)初始坐標(biāo)：管片拼裝完畢后，于測點(diǎn)A～E粘貼反射片，測點(diǎn)A和測點(diǎn)E位于兩側(cè)拱腰，測點(diǎn)C位于拱底，測點(diǎn)D和測點(diǎn)E對稱分布在管片喂片機(jī)和盾構(gòu)車輪之間的區(qū)域，采用站點(diǎn)O₃處的第一全站儀以基準(zhǔn)點(diǎn)O₂為后視點(diǎn)，測得上述測點(diǎn)初始坐標(biāo)(m_i,n_i,z_i)，其中i＝1，2，…，5，對應(yīng)測點(diǎn)A～測點(diǎn)E；

步驟六、管片上浮及收斂監(jiān)測：管片脫離盾尾直至變形穩(wěn)定階段，使用第一全站儀以基準(zhǔn)點(diǎn)O₂為后視點(diǎn)，采用三角高程方法測量管片拱底兩側(cè)測點(diǎn)C和測點(diǎn)D高程變化情況，兩測點(diǎn)高程變化量的平均值即為管片拱底上浮量；

管片變形穩(wěn)定后，于O₂處向待測管片周圍重新導(dǎo)站并于新站點(diǎn)處測得各測點(diǎn)坐標(biāo)(m_i',n_i',z_i')，其中i＝1，2，…，5；

管片水平收斂計(jì)算方式為：

Δx＝(m₁′-m₁)×sinθ+(n₁′-n₁)×cosθ-(m₅′-m₅)×sinθ-(n₅′-n₅)×cosθ?(1)

式中，Δx為正值表明管片水平擴(kuò)張，為負(fù)值表明管片水平收縮；

步驟七、通過膨脹螺栓在開挖面后方的管片高程穩(wěn)定區(qū)域的拱頂處安裝L型小棱鏡，作為基準(zhǔn)點(diǎn)O₄，并通過隧道已知水準(zhǔn)點(diǎn)測得其初始高程為H_O3；在開挖面與基準(zhǔn)點(diǎn)O₄之間的拱頂區(qū)域安放拱頂支架，并架設(shè)第二全站儀；于新拼裝管片拱頂處安裝小棱鏡作為拱頂測點(diǎn)F，以基準(zhǔn)點(diǎn)O₄為后視點(diǎn)，使用第二全站儀采用三角高程法測得測點(diǎn)F初始高程z₆，管片變形穩(wěn)定時(shí)測得高程z₆′；

各測點(diǎn)第j時(shí)刻的上浮量計(jì)算方式如下：

（2）

式中，為第j時(shí)刻所測的第i測點(diǎn)高程；

測點(diǎn)i最終上浮量計(jì)算方式如下：

Δz_i'＝z_i'-z_i?(3)

由于拱底測點(diǎn)B和測點(diǎn)D與測點(diǎn)C位置接近，且測點(diǎn)C僅能在管片脫離管片喂片機(jī)后獲得通視條件，因此第j時(shí)刻的管片豎向收斂量通過下列公式近似計(jì)算：

（4）

（5）

式中，為第j時(shí)刻所測的第i測點(diǎn)高程；

管片變形穩(wěn)定后的豎向收斂計(jì)算方式如下：

c'＝Δz'₆-Δz'₃?(6)

由式(4)和式(5)得出的管片豎向收斂量的誤差，分別由下列公式計(jì)算評估：

Δc₁＝(Δz'₆-Δz'₃)-(Δz'₆-Δz'₂)?(7)

Δc₂＝(Δz'₆-Δz'₃)-(Δz'₆-Δz'₄)?(8)。