CN109707400A - 圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，包括步骤：S1：通过三维激光扫描设备采集获得一目标隧道的点云数据；S2：利用所述点云数据进行管片拟合，将所述目标隧道划分为多个弧段；S3：计算相邻两所述弧段的两圆心与两该弧段交点之间形成的一夹角；S4：将所述夹角作为所述目标隧道的管片相邻弧段相对转动的评价指标。本发明的一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，可直接测量圆形盾构通缝隧道管片结构变形导致的外侧张开，为研究圆形盾构通缝隧道结构安全评估提供了评价依据。

Description

圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法

技术领域

本发明涉及隧道工程测量技术领域，尤其涉及一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法。

背景技术

在如今地铁网络密布的大城市，城市地下空间开发以及一系列地表活动都会对运营地铁隧道的安全性产生一定的隐患，为了评价隧道结构的安全服役性能，一般把圆形盾构通缝隧道横断面水平直径的收敛变形作为评估隧道结构整体变形安全与否的重要指标；然而从结构变形理论的角度出发，对于圆形盾构通缝隧道每一环管片，由于地层压力变化而产生的隧道结构变形大部分由管片分块的转动变形承担，因此在隧道结构安全评估中对管片相邻分块(即接缝)转动变化的情况了解是十分必要的。

请参阅图1，但对于隧道管片接缝，尤其是腰部的第一接缝1和第二接缝2处，常常呈现的是管片外侧张开的模式；地铁隧道一般下卧于土体中，因此管片外侧张开量是未知的，也无法直接测量和评价的。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，可直接测量圆形盾构通缝隧道管片结构变形导致的外侧张开，为研究圆形盾构通缝隧道结构安全评估提供了评价依据。

为了实现上述目的，本发明提供一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，包括步骤：

S1：通过三维激光扫描设备采集获得一目标隧道的点云数据；

S2：利用所述点云数据进行管片拟合，将所述目标隧道划分为多个弧段；

S3：计算相邻两所述弧段的两圆心与两该弧段交点之间形成的一夹角；

S4：将所述夹角作为所述目标隧道的管片相邻弧段相对转动的评价指标。

优选地，所述S1步骤中，所述点云数据包括所述目标隧道多个横断面的各扫描点的平面坐标。

优选地，所述S2步骤中，通过对所述点云数据进行管片拟合，将所述点云数据划分为多个点云数据集，每一所述点云数据集包括多个所述扫描点的平面坐标，所述点云数据集与所述弧段一一对应。

优选地，所述S3步骤进一步包括步骤：

S31：根据所述点云数据计算获得相邻的两所述弧段分别一一对应的两圆弧参数，所述圆弧参数包括对应所述弧段的圆心坐标和圆弧半径；

S32：根据两所述圆弧参数计算获得两所述弧段的所述交点的平面坐标；

S33：根据公式(1)计算获得所述夹角θ：

其中，x₀₁和y₀₁分别为一所述弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标，x₀₂和y₀₂分别为另一所述弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标；x_inter和y_inter分别为所述交点的平面坐标中的x轴坐标和y轴坐标。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明通过三维激光扫描设备获取目标隧道点云数据，并通过对点云数据的拟合和计算，实现了可直接测量圆形盾构通缝隧道管片结构变形导致的外侧张开，为研究圆形盾构通缝隧道结构安全评估提供了评价依据。

附图说明

图1为圆形盾构通缝隧道的横断面点云图；

图2为本发明实施例的圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法的流程图；

图3为本发明实施例的夹角计算原理图；

图4为本发明实施例的圆形盾构通缝隧道横断面分块结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图图2～图4，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图2和图3，本发明实施例的一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，包括步骤：

S1：通过三维激光扫描设备采集获得一目标隧道的点云数据。

其中，点云数据包括目标隧道多个横断面的各扫描点的平面坐标。

S2：利用点云数据进行管片拟合，将目标隧道划分为多个弧段。

S2步骤中，通过对点云数据进行管片拟合，将点云数据划分为多个点云数据集，每一点云数据集包括多个扫描点的平面坐标，点云数据集与弧段一一对应。

本实施例中的管片拟合步骤可根据任一现有管片拟合方法进行，如可根据专利号为ZL 201310049366.3的中国专利中记载的拟合方法。

例如：两相邻弧段，一弧段的第一点云数据集G1，第一点云数据集G1中扫描点的平面坐标(x_n，y_n)，另一弧段的第二点云数据集G2，第二点云数据集G2中扫描点的平面坐标(x′_n，y′_n)；然后根据现有管片拟合方法计算出第一点云数据集G1对应的第一圆弧参数O₁(x₀₁，y₀₁，r₀₁)和第二点云数据集G2对应的第二圆弧参数O₂(x₀₂，y₀₂，r₀₂)。其中，(x₀₁，y₀₁)、(x₀₂，y₀₂)为对应圆心坐标；r₀₁、r₀₂为对应圆弧半径。

S3：计算相邻两弧段的两圆心与两该弧段交点之间形成的一夹角。

其中，S3步骤进一步包括步骤：

S31：根据点云数据计算获得相邻的两弧段分别一一对应的两圆弧参数，圆弧参数包括对应弧段的圆心坐标和圆弧半径；

S32：根据两圆弧参数计算获得两弧段的交点的平面坐标P(x_inter，y_inter)；

此时，夹角θ的平面三个点坐标已知，通过计算可以得到O₁PO₂的夹角；

其中，PO₁向量PO₂向量

S33：根据公式(1)计算获得夹角θ：

其中，x₀₁和y₀₁分别为一弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标，x₀₂和y₀₂分别为另一弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标；x_inter和y_inter分别为交点的平面坐标中的x轴坐标和y轴坐标。

S4：将夹角作为目标隧道的管片相邻弧段相对转动的评价指标。

请参阅图3和图4，以上海通缝隧道结构为例，其包括一封顶块1圆心角为16°，一封底块2圆心角为84°，一第一标准块3和一第二标准块4圆心角为65°以及一第一邻接块5和一第一邻接块6的圆心角为65°；管片厚度为350mm，环宽为1.2m；外径为6.2m，内径为5.5m。由于道床铺设阻挡，封底块2信息无法获取，通过三维激光扫描技术可以获取由点云信息反应的另外五个管片的空间形态，通过点云信息计算各相邻管片相对转动变形。

第一标准块3与第一邻接块5的公共圆心O分别移位至O2和O1，两弧段交点为P，则角度∠O1PO2即为管片相邻分块，即夹角θ为腰部接缝的相对转动变形量。相应其他相邻分块的转动变形也可以相同的方法求得。

本发明实施例的一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，解决了目前圆形盾构通缝隧道管片结构变形导致外侧张开的不可直接测量的问题，为研究圆形盾构通缝隧道结构安全评估提供了评价依据。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，包括步骤：

S1：通过三维激光扫描设备采集获得一目标隧道的点云数据；

S2：利用所述点云数据进行管片拟合，将所述目标隧道划分为多个弧段；

S3：计算相邻两所述弧段的两圆心与两该弧段交点之间形成的一夹角；

S4：将所述夹角作为所述目标隧道的管片相邻弧段相对转动的评价指标。

2.根据权利要求1所述的圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，其特征在于，所述S1步骤中，所述点云数据包括所述目标隧道多个横断面的各扫描点的平面坐标。

3.根据权利要求2所述的圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，其特征在于，所述S2步骤中，通过对所述点云数据进行管片拟合，将所述点云数据划分为多个点云数据集，每一所述点云数据集包括多个所述扫描点的平面坐标，所述点云数据集与所述弧段一一对应。

4.根据权利要求3所述的圆形盾构通缝隧道管片相邻分块的相对转动评价方法，其特征在于，所述S3步骤进一步包括步骤：

S31：根据所述点云数据计算获得相邻的两所述弧段分别一一对应的两圆弧参数，所述圆弧参数包括对应所述弧段的圆心坐标和圆弧半径；

S32：根据两所述圆弧参数计算获得两所述弧段的所述交点的平面坐标；

S33：根据公式(1)计算获得所述夹角θ：

其中，x₀₁和y₀₁分别为一所述弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标，x₀₂和y₀₂分别为另一所述弧段的圆心坐标中的x轴坐标和y轴坐标；x_inter和y_inter分别为所述交点的平面坐标中的x轴坐标和y轴坐标。