CN103090842A - 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法 - Google Patents

一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103090842A
CN103090842A CN2013100493663A CN201310049366A CN103090842A CN 103090842 A CN103090842 A CN 103090842A CN 2013100493663 A CN2013100493663 A CN 2013100493663A CN 201310049366 A CN201310049366 A CN 201310049366A CN 103090842 A CN103090842 A CN 103090842A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
shield tunnel
segmental arc
fitting
jurisdiction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013100493663A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103090842B (zh
Inventor
郭春生
王吉
侯敬宗
付和宽
许正文
袁钊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Survey Design And Research Institute Group Co ltd
Original Assignee
Shanghai Geotechnical Investigations and Design Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Geotechnical Investigations and Design Institute Co Ltd filed Critical Shanghai Geotechnical Investigations and Design Institute Co Ltd
Priority to CN201310049366.3A priority Critical patent/CN103090842B/zh
Publication of CN103090842A publication Critical patent/CN103090842A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103090842B publication Critical patent/CN103090842B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明属于隧道结构变形观测领域，具体是一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：采集弧段的数据，弧段的逐一数据拟合，圆形盾构隧道的整体拟合计算。本发明的优点是：能够通过若干弧段的拟合，计算出断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片的相对错台量与相对旋转量，从而明显说明每片管片内部线性的情况，变形、错台主要发生在接口部位。

Description

一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法
 
技术领域
    本发明专利属于隧道结构变形观测领域，具体是一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法。
背景技术
由于盾构隧道的自身结构、周边水土压力、行车动荷载等因素的影响，随着时间的推移，盾构隧道大多产生“横鸭蛋”形变形，为了了解这种变形量的大小，目前多采用全断面收敛测量的方法。全断面扫描收敛测量作为评价圆形盾构隧道断面变形情况的重要指标，与沉降、平面位移、渗漏水调查等方法一起，从不同侧面评价盾构隧道的健康状况。
目前，全断面扫描收敛测量数据采集一般采用全站仪、附以机载程序、沿隧道剖面按20cm左右的步长自动逐点采集，数据处理一般采用以椭圆为数据模型进行全断面整体拟合，以拟合的椭圆长轴和短轴与设计半径的较差的大小来评价变形量。
然而总体变形较小时采用圆或椭圆拟合影响不大；但对局部变形量较大的区段，椭圆模型把隧道剖面描述为连续的曲线，不能反映相邻管片间的错台、旋转等实际情况。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，该方法将圆形盾构隧道看作由若干个弧段拼接而成，通过弧段各自的拟合，并把拟合后的各弧段连接成一不规则剖面，与设计断面比较，从而计算断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片间的相对错台量与相对旋转量，实现对圆形盾构隧道的精确变形测量。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，用于圆形盾构隧道的变形测量，所述圆形盾构隧道由若干呈圆弧状的管片拼接而成，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：
(a)  采集所述圆形盾构隧道的断面观测数据，该观测数据包括所述管片之间拼装缝的位置数据，且每个管片内圆周上的有效采集点不少于6个；
(b)  把观测数据以所述管片间的拼接缝作为分界点，将所述圆形盾构隧道断面划分为若干弧段，并通过步骤(a)中所采集到的有效采集点对所述弧段逐一进行数据拟合；
(c)  结合步骤(b)中所述逐一进行数据拟合的结果，完成所述圆形盾构轨道的变形测量的整体拟合计算。
步骤（b）中的所述数据拟合具体包括如下步骤：对所述弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；采用所述弧段内有效的观测点，独立进行最小二乘法圆弧拟合，计算所述弧段的圆心和半径；以所述圆心和半径，以及所述弧段的起始角和终止角定义该所述弧段。
步骤(c)中的所述变形测量的整体拟合计算具体包括：
计算所述圆形盾构隧道的横径变形量，所述横径变形量为最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点的距离，所述最左侧弧段的切点、所述最右侧弧段的切点分别根据各自圆心和半径的拟合结果计算；
计算所述圆形盾构隧道的竖径变形量，所述竖径变形量为最上侧弧段的切点与下部对中点的距离，所述最上侧弧段的切点根据其圆心和半径的拟合结果计算，下部对中点通过观测仪器确定；
计算相邻管片间的错台量，所述错台量为所有分界点处相邻弧段沿半径方向的错开量，所述错开量根据相邻管片各自圆心和半径的拟合结果计算；
计算相邻弧段间的相对旋转角，所述相邻旋转角为所有分界点处相邻弧段切线的方位角之差，所述相对旋转角根据相邻管片各自圆心、起始角和终止角的拟合结果计算；
综合上述数据整体拟合判断所述圆形盾构隧道的变形量。
本发明的优点是：能够通过若干弧段的拟合，计算出断面上各位置的变形量、横向及竖向等典型位置变形量、相邻管片的相对错台量与相对旋转量，从而明显说明每片管片内部线性的情况，变形、错台主要发生在接口部位。
附图说明
图1是本发明的观测示意图；
图2是本发明中错台量示意图；
图3是本发明中相邻管片旋转角示意图；
图4是传统椭圆模型解算成果图；
图5是本发明实施例椭圆模型解算成果图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-5所示，图中标记1-6分别为：观测仪器1、管片2、管片3、管片4、管片5、管片6。
实施例：如图1所示，本实施中的圆形盾构隧道由呈圆弧状的管片2、管片3、管片4、管片5、管片6相互拼接而成，观测仪器1放置于该圆形盾构隧道内部，以测试由上述管片拼接成的圆形盾构隧道的变形程度。
本实施例的具体拟合方法如下：
1）使用观测仪器1观测采集该圆形盾构隧道的断面观测数据的同时，把管片之间的拼装缝的位置也采集到，要求每个管片弧段内圆周上有效的采集点不少于六点，较短弧段内有效采集点点数不够时进行补测直至满足六点的要求。
2）对采集到的数据进行处理，将圆形盾构隧道以管片之间的拼缝为分界点划分为若干弧段。
3）对单一弧段的数据处理过程如下：
a）对弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；
b）采用弧段内有效的观测点，独立进行最小二乘法圆弧拟合，计算圆心与半径；
c）以圆心、半径、起始角、终止角这四个参数定义该弧段。
4）按步骤3）对所有弧段逐一进行拟合计算以得到全部弧段的拟合结果。
5）计算出最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点的距离，用来评价横径变形，最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点可通过其各自的圆心和半径来计算得出。
6）计算最上侧弧段的切点与下部对中点的距离，用来评价竖径变形，最上侧弧段的切点根据其圆心和半径的拟合结果计算，下部对中点通过观测仪器1确定。
7）计算所有分界点处相邻弧段沿半径方向的错开量L，即为相邻管片环该位置的错台量（如图2所示），错开量根据相邻管片各自圆心和半径的拟合结果计算。
8）计算所有分界点处相邻弧段切线的方位角之差，即为相邻弧段的相对旋转角。如图3所示管片5的圆心为O5，管片6的圆心为O6，两者由于变形在其接缝处造成相对旋转，其旋转角度为ａ，该旋转角度为两个管片在接缝处的两个切线之间的夹角，相对旋转角根据相邻管片各自起始角和终止角的拟合结果计算。
本实施例在具体实施时：
某圆形盾构隧道的变形量在CAD中展点后，其横径变形为0.147，其纵径变形为-0.167，针对此圆形盾构隧道分别采用现有技术的拟合方法（A）以及本实施例中的拟合方法（B）来测量其变形程度，该变形程度指的是实际测试的数据与理论数据的差异大小。
A、采用传统椭圆模型解算，按每15°计算圆周上各点与圆心的距离跟理论半径比较、以向下为角度零方向、顺时针为角度正方向展开如图4所示。
根据图4，采用目前传统的椭圆模型时：可解算出横向变形（90°处变形量+270°处的变形量）、竖向变形（180°处变形量），且变形量与CAD展点成果基本一致；但不能解算相邻管片的错台量、旋转角，使其无法全面地测量出该圆形盾构隧道的变形情况。
B、按照本实施例，根据实测的数据，可解算出：
1）5个弧段（代表上述的管片2-6）的参数，如下表1：
弧段号 圆心X 圆心Y R 起始角 终止角
弧段1 -0.069 0.145 2.754m 40.0° 104.9°
弧段2 -0.146 -0.106 2.762m 110.4° 175.2°
弧段3 0.000 -0.078 2.750m 172.0° 188.0°
弧段4 0.182 -0.071 2.722m 184.3° 250.0°
弧段5 0.035 0.154 2.784m 255.5° 319.6°
 2）根据表1中各个弧段的拟合数据，计算相邻弧段的错台量、旋转角如下表2，其中后管片相对前管片向外错台为正，反之为负；旋转角以外凸为正，反之为负。
Figure 2013100493663100002DEST_PATH_IMAGE001
 
3）采用本实施例的方法，按每15°计算圆周上各点与圆心的距离跟理论半径比较，同时纳入管缝位置点，同样以向下为角度零方向、顺时针为角度正方向展开如图5所示。
图5与图4比较，更明显说明每片管片内部线性较好，变形、错台主要发生在管片与管片之间的接口部位，采用本实施例方法的成果与实际CAD展点图更为接近，并且能够通过横径变形、纵径变形、相对错台量、相对旋转角这四个方面综合评定圆形盾构隧道多弧段断面的变形程度。

Claims (3)

1.一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，用于圆形盾构隧道的变形测量，所述圆形盾构隧道由若干呈圆弧状的管片拼接而成，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：
（a）采集所述圆形盾构隧道的断面观测数据，该观测数据包括所述管片之间拼装缝的位置数据，且每个管片内圆周上的有效采集点不少于6个；
（b）把观测数据以所述管片间的拼接缝作为分界点，将所述圆形盾构隧道断面划分为若干弧段，并通过步骤(a)中所采集到的有效采集点对所述弧段逐一进行数据拟合；
（c）结合步骤(b)中所述逐一进行数据拟合的结果，完成所述圆形盾构轨道的变形测量的整体拟合计算。
2.根据权利要求1所述的一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，其特征在于：步骤（b）中的所述数据拟合具体包括如下步骤：对所述弧段内的观测数据进行有效性检查，剔除粗差点；采用所述弧段内有效的观测点，独立进行最小二乘法圆弧拟合，计算所述弧段的圆心和半径；以所述圆心和半径，以及所述弧段的起始角和终止角定义该所述弧段。
3.根据权利要求1所述的一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法，其特征在于：步骤(c)中的所述变形测量的整体拟合计算具体包括：
计算所述圆形盾构隧道的横径变形量，所述横径变形量为最左侧弧段的切点与最右侧弧段的切点的距离，所述最左侧弧段的切点、所述最右侧弧段的切点分别根据各自圆心和半径的拟合结果计算；
计算所述圆形盾构隧道的竖径变形量，所述竖径变形量为最上侧弧段的切点与下部对中点的距离，所述最上侧弧段的切点根据其圆心和半径的拟合结果计算，下部对中点通过观测仪器确定；
计算相邻管片间的错台量，所述错台量为所有分界点处相邻弧段沿半径方向的错开量，所述错开量根据相邻管片各自圆心和半径的拟合结果计算；
计算相邻弧段间的相对旋转角，所述相邻旋转角为所有分界点处相邻弧段切线的方位角之差，所述相对旋转角根据相邻管片各自圆心、起始角和终止角的拟合结果计算；
综合上述数据整体拟合判断所述圆形盾构隧道的变形量。
CN201310049366.3A 2013-02-07 2013-02-07 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法 Active CN103090842B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310049366.3A CN103090842B (zh) 2013-02-07 2013-02-07 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310049366.3A CN103090842B (zh) 2013-02-07 2013-02-07 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103090842A true CN103090842A (zh) 2013-05-08
CN103090842B CN103090842B (zh) 2016-04-06

Family

ID=48203711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310049366.3A Active CN103090842B (zh) 2013-02-07 2013-02-07 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103090842B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104121868A (zh) * 2014-07-18 2014-10-29 安徽省交通投资集团有限责任公司 一种装配式通道弧形顶板的内壁半径的测量检验方法
CN104457572A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN104863611A (zh) * 2015-05-08 2015-08-26 黄河勘测规划设计有限公司 明流输水隧洞断面结构设计方法
CN105973141A (zh) * 2016-04-29 2016-09-28 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 一种盾构隧道管片错台测量装置及方法
CN106152950A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 一种基于衬砌断面几何特征移动扫描数据里程定位方法
CN106197306A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 中南大学 一种盾构隧道管片接头变形的测量装置及方法
CN107270825A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 一种大圆盾构隧道直径解算方法
CN107525461A (zh) * 2017-10-11 2017-12-29 兰州理工大学 隧道变形测量装置及隧道结构
CN109707400A (zh) * 2018-12-19 2019-05-03 上海勘察设计研究院(集团)有限公司 圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法
CN110375722A (zh) * 2019-06-25 2019-10-25 北京工业大学 一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法
CN111486797A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 上海京海工程技术有限公司 一种地铁圆形盾构隧道横向直径的自动提取方法
CN111504224A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 中铁工程装备集团有限公司 一种管片真圆度检测装置及检测方法
CN114046767A (zh) * 2021-11-10 2022-02-15 同济大学 一种基于管片任意两点的盾构隧道接头变形分析方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101246007A (zh) * 2007-02-12 2008-08-20 上海地铁运营有限公司 一种隧道收敛监测方法
CN101685012A (zh) * 2008-09-27 2010-03-31 上海市机械施工有限公司 地铁隧道断面的测量与计算方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101246007A (zh) * 2007-02-12 2008-08-20 上海地铁运营有限公司 一种隧道收敛监测方法
CN101685012A (zh) * 2008-09-27 2010-03-31 上海市机械施工有限公司 地铁隧道断面的测量与计算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.STIROS.ETC: "mean deformation tensor and mean deformation ellipse of an excavated tunnel section", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS & MINING SCIENCES》 *
管鑫: "浅析轨道交通隧道区间管径收敛测量", 《测绘通报》 *
赵兵帅等: "基于椭圆拟合的隧道断面监测及其应用", 《水利与建筑工程学报》 *

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104121868B (zh) * 2014-07-18 2016-08-24 安徽省交通投资集团有限责任公司 一种装配式通道弧形顶板的内壁半径的测量检验方法
CN104121868A (zh) * 2014-07-18 2014-10-29 安徽省交通投资集团有限责任公司 一种装配式通道弧形顶板的内壁半径的测量检验方法
CN104457572B (zh) * 2014-12-04 2017-11-24 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN104457572A (zh) * 2014-12-04 2015-03-25 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN104863611A (zh) * 2015-05-08 2015-08-26 黄河勘测规划设计有限公司 明流输水隧洞断面结构设计方法
CN105973141A (zh) * 2016-04-29 2016-09-28 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 一种盾构隧道管片错台测量装置及方法
CN105973141B (zh) * 2016-04-29 2018-11-02 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司 一种盾构隧道管片错台测量装置
CN106152950A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 一种基于衬砌断面几何特征移动扫描数据里程定位方法
CN106152950B (zh) * 2016-07-29 2018-12-25 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 一种基于衬砌断面几何特征移动扫描数据里程定位方法
CN106197306B (zh) * 2016-08-31 2019-07-02 中南大学 一种盾构隧道管片接头变形的测量装置及方法
CN106197306A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 中南大学 一种盾构隧道管片接头变形的测量装置及方法
CN107270825B (zh) * 2017-05-11 2019-08-23 上海勘察设计研究院(集团)有限公司 一种大圆盾构隧道直径解算方法
CN107270825A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 一种大圆盾构隧道直径解算方法
CN107525461A (zh) * 2017-10-11 2017-12-29 兰州理工大学 隧道变形测量装置及隧道结构
CN107525461B (zh) * 2017-10-11 2024-02-06 兰州理工大学 隧道变形测量装置及隧道结构
CN109707400A (zh) * 2018-12-19 2019-05-03 上海勘察设计研究院(集团)有限公司 圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法
CN111486797A (zh) * 2019-01-29 2020-08-04 上海京海工程技术有限公司 一种地铁圆形盾构隧道横向直径的自动提取方法
CN110375722A (zh) * 2019-06-25 2019-10-25 北京工业大学 一种基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法
CN111504224A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 中铁工程装备集团有限公司 一种管片真圆度检测装置及检测方法
CN111504224B (zh) * 2020-04-30 2022-03-22 中铁工程装备集团有限公司 一种管片真圆度检测装置及检测方法
CN114046767A (zh) * 2021-11-10 2022-02-15 同济大学 一种基于管片任意两点的盾构隧道接头变形分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103090842B (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103090842A (zh) 一种圆形盾构隧道多弧段断面拟合的方法
CN107402001B (zh) 基于3d扫描的超高层建筑施工偏差数字化检验系统及方法
CN104457572A (zh) 基于三维扫描技术提取盾构隧道错缝错台量的方法
CN109612406B (zh) 一种盾构隧道拼装管片环拼装质量的随机检测方法
CN103886593A (zh) 一种基于三维点云曲面圆孔检测方法
CN101685012A (zh) 地铁隧道断面的测量与计算方法
CN111024037A (zh) 基于三维激光扫描技术的圆形盾构隧道断面拟合方法
CN104101296A (zh) 一种大型结构件精密装配中的数字定位检测方法及系统
CN103185565B (zh) 一种油气管道变形检测验证试验方法和装置
CN107203008B (zh) 一种基于瞬变电磁法的金属管道检测系统及方法
CN203758488U (zh) 一种长管道内径测量器
CN113310425A (zh) 一种盾构隧道整体变形监测方法与设备
CN107685748A (zh) 基于激光位移传感器的列车车轮尺寸参数在线检测方法
CN205228438U (zh) 隧道收敛直径测量系统
CN103196408B (zh) 一种曲轴连杆装配间隙测量装置及其控制方法
CN106123866A (zh) 基于航测技术的铁路既有线里程放样方法
CN106248053B (zh) 基于航测方式的铁路既有线平面中线制作方法
CN105441614B (zh) 一种高炉五通球组对方法
CN205276482U (zh) 可测倾角的球型钢支座
CN104374327B (zh) 高速动车组车体前窗框三维检测方法
CN111784626A (zh) 一种基于点云数据提取圆形盾构隧道中轴线高程的方法
CN103697844A (zh) 基于内检测的油气管道中线坐标修正方法
CN114136993B (zh) 一种盾构隧道环缝检测方法与系统
CN104121882B (zh) 钢管焊缝的噘嘴检测方法和装置
CN105648862A (zh) 轨道中线坐标动态连续检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address
CP03 Change of name, title or address

Address after: 200032 18, building 681, Xiao Mu Qiao Road, Xuhui District, Shanghai.

Patentee after: Shanghai Survey, Design and Research Institute (Group) Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 200032 18, building 681, Xiao Mu Qiao Road, Xuhui District, Shanghai.

Patentee before: SHANGHAI GEOTECHNICAL INVESTIGATIONS & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd.

Country or region before: China