隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统及模拟方法

技术领域

本发明涉及隧道管片技术领域，具体涉及一种隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统及模拟方法。

背景技术

随着我国城市基础设施的发展，地铁的便利性得到了公认，越来越多的城市加入修建地铁的行列。对于软土地基的隧道施工，通常采用盾构法，在盾构法施工中管片拼装技术是关键环节。盾构隧道的管片在盾壳的保护之下进行拼装，使预制管片进行逐环的连接。通常管片由钢管片、混凝土管片以及球墨铸铁管片制成。目前在盾构隧道中通常采用的是钢筋混凝土管片型式，钢筋混凝土管片具有强度高、制作加工容易、耐腐蚀以及造价低等优点。管片拼装是地铁盾构施工的一个重要工序，每环管片由6块按一定顺序由管片拼装机拼装而成，管片拼装质量是影响整个隧道工程质量的关键因素。在盾构推进过程中，成型管片的拼装质量及受力状态，不仅受到管片拼装质量的影响，还受到推进油缸推力的影响。另外，由于管片在盾尾内及脱出盾尾后的受力存在差异；推进油缸推力的分布状态对管片的错台、管片的密封状态等产生较大的影响。

实际工程中，衬砌结构受力和变形本是一个三维空间问题，不同位置处千斤顶推力的变化，以及螺栓预紧力的改变将会影响衬砌结构整体的受力和变形效果，尽管目前国内外许多学者关于螺栓预紧力对管片接缝处受力性能的影响进行了一定研究，但是缺少模拟试验系统对实际受力变形进行试验数据的支撑。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统，包括模拟隧道固定座、若干隧道管片和中央处理器，所述模拟隧道固定座上表面固定开设有隧道固定槽，所述隧道固定槽内卡合连接有模拟隧道，若干所述隧道管片形成环形件，所述环形件设置有多个，若干所述环形件依次盾构推进至所述模拟隧道内，一所述环形件设置为检测环，所述检测环上设置有压力传感器，所述压力传感器与所述中央处理器连接。

较佳的，所述模拟隧道表面等距离固定连接有连接柱，所述隧道固定槽内部槽壁上开设有卡槽，所述连接柱设置在所述卡槽内。

较佳的，所述隧道管片包括隧道管片主体，所述隧道管片主体一侧设有第一端面，另一侧设有第二端面；所述隧道管片主体一侧表面设置安装限位块，另一侧表面设置安装限位滑槽，相邻两所述隧道管片主体之间的所述安装限位块和所述安装限位滑槽相互卡合连接。

较佳的，所述检测环上的所述隧道管片主体弧形端面中部位置固定设有第三压力传感器，所述第三压力传感器下侧固定设有第四压力传感器。

较佳的，所述检测环上的所述第一端面和所述第二端面上均设置有螺栓孔，所述第一端面上的所述螺栓孔一侧固定设有第一压力传感器，另一侧固定设有第二压力传感器；所述第二端面上的所述螺栓孔一侧固定设有第五压力传感器，另一侧固定设有第六压力传感器。

较佳的，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器、所述第四压力传感器、所述第五压力传感器、所述第六压力传感器均与所述中央处理器连接。

较佳的，所述压力传感器型号均为B26QUP120M压力传感器，所述中央处理器型号为AMD中央处理器。

一种所述隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统的模拟方法，包括：将所述模拟隧道固定设置所述模拟隧道固定座上，同时准备五组没有安装压力传感器的所述环形件，分别设为第一环、第三环、第四环、第五环和第六环，所述检测环设置为第二环，首先盾构推进所述第一环，将所述第一环推入所述模拟隧道内，再盾构推进所述第二环，并通过所述隧道管片主体上的所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器、所述第四压力传感器、所述第五压力传感器和所述第六压力传感器检测在盾构推进过程中每个所述隧道管片上的节点的受力情况，并将检测的数据传递给所述中央处理器；

所述中央处理器对盾构推进、管片拼装过程中所述第二环的管片间环面、端面的压力的变化情况进行数据分析，剔除不利影响因素及极端数据，得到所述隧道管片拼装过程中不同区域、推力不同对管片间受力的影响程度，根据盾构推力与成型隧道管片变形的关系对相关节点绘制相应的曲线，得到推力变化对隧道变形的影响关系。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过设置的中央处理器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和第六压力传感器，首先盾构推进第一环，将第一环推入模拟隧道内，再盾构推进第二环，并通过六个管片上安装的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和第六压力传感器检测在盾构推进过程中每个管片上的节点的受力情况，并将检测的数据传递给中央处理器，再继续推进第三环并检测第二换上每个节点的受力情况，同时记录在推进过程中的推力大小，再将数据传递给中央处理器，以此类推，再依次推进第四环、第五环和第六环并记录每个节点的检测数据，再将数据依次传递给中央处理器，中央处理器对盾构推进、管片拼装过程中第二环的管片间环面、端面的压力的变化情况进行数据分析，剔除不利影响因素及极端数据，得到管片拼装过程中不同区域、推力不同对管片间受力的影响程度，根据盾构推力与成型隧道管片变形的关系对相关节点绘制相应的曲线，得到推力变化对隧道变形的影响关系，通过分析管片受力状态，以提高隧道管片的拼装质量及密封效果，进一步保证实际运用中成型隧道的质量。

附图说明

图1为所述模拟隧道的结构立体视图；

图2为所述模拟隧道的正视剖面图；

图3为所述隧道管片连接状态的立体示意图；

图4为所述隧道管片连接状态的剖面示意图；

图5为所述隧道管片的立体示意图；

图6为所述隧道管片的结构正视图；

图7为所述隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统的模拟流程图。

图中数字表示：

1-模拟隧道固定座；2-隧道固定槽；3-卡槽；4-模拟隧道；5-连接柱；6-第一隧道管片；7-第二隧道管片；8-第三隧道管片；9-第四隧道管片；10-第五隧道管片；11-第六隧道管片；12-隧道管片主体；13-安装限位滑槽；14-安装限位块；15-第一压力传感器；16-螺栓孔；17-第二压力传感器；18-第一端面；19-第三压力传感器；20-第四压力传感器；21-第五压力传感器；22-第二端面；23-第六压力传感器；24-中央处理器。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1、图2所示，图1为所述模拟隧道的结构立体视图；图2为所述模拟隧道的正视剖面图；本发明所述隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统包括模拟隧道固定座1、若干隧道管片和中央处理器24。

所述模拟隧道固定座1上表面固定开设有隧道固定槽2，所述隧道固定槽2内部槽壁上开设有卡槽3，所述隧道固定槽2内卡合连接有模拟隧道4，所述模拟隧道4表面等距离固定连接有连接柱5，所述连接柱5设置在所述卡槽3内。

如图3、图4所示，图3为所述隧道管片连接状态的立体示意图；图4为所述隧道管片连接状态的剖面示意图；所述隧道管片设置有第一隧道管片6、第二隧道管片7、第三隧道管片8、第四隧道管片9、第五隧道管片10、第六隧道管片11。

所述第一隧道管片6一侧固定连接有所述第二隧道管片7，所述第二隧道管片7一侧固定连接有所述第三隧道管片8，所述第三隧道管片8一侧固定连接有所述第四隧道管片9，所述第四隧道管片9一侧固定连接有所述第五隧道管片10，所述第五隧道管片10一侧固定连接有所述第六隧道管片11，从而形成环形件。

具体的，所述隧道管片包括隧道管片主体12，所述隧道管片主体12两侧分别设置安装限位块14和安装限位滑槽13，通过相邻两所述隧道管片主体12之间的所述安装限位块14和所述安装限位滑槽13相互卡合连接，从而将所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10、所述第六隧道管片11拼接成环。

通过将所述模拟隧道4一侧表面的所述连接柱5与所述隧道固定槽2槽壁上的所述卡槽3对齐，将所述模拟隧道4固定安装在所述模拟隧道固定座1上。

准备五组没有安装压力传感器的普通管片，分别将其组装成环，分别设为第一环、第三环、第四环、第五环和第六环，所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10、所述第六隧道管片11设置为第二环，能有效在室内对大断面隧道施工和管片安装进行模拟得到数据，为隧道管片研究提供有效的数据支撑。

工作原理：使用时，将所述模拟隧道4一侧表面的所述连接柱5与所述隧道固定槽2槽壁上的所述卡槽3对其，将所述模拟隧道4固定安装在所述模拟隧道固定座1上，同时准备五组没有安装压力传感器的普通管片，分别将其组装成环，分别设为第一环、第三环、第四环、第五环和第六环，通过所述隧道管片主体12两侧的所述安装限位块14和所述安装限位滑槽13，一侧将所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10和所述第六隧道管片11拼接成环，并设置为第二环。

实施例二

所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10和所述第六隧道管片11结构相同，所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10和所述第六隧道管片11均由所述隧道管片主体12构成。

如图5、图6所示，图5为所述隧道管片的立体示意图；图6为所述隧道管片的结构正视图；所述隧道管片主体12一侧设有第一端面18，所述隧道管片主体12另一侧设有第二端面22，所述隧道管片主体12一侧表面固定连接有所述安装限位块14，所述隧道管片主体12另一侧表面固定开设有所述安装限位滑槽13，所述隧道管片主体12中部位置固定设有第三压力传感器19，所述第三压力传感器19下侧固定设有第四压力传感器20。

所述第一端面18和所述第二端面22上均设置有螺栓孔16。

所述第一端面18上的所述螺栓孔16一侧固定设有第一压力传感器15，另一侧固定设有第二压力传感器17。

所述第二端面22上的所述螺栓孔16一侧固定设有第五压力传感器21，另一侧固定设有第六压力传感器23。

所述第一压力传感器15、所述第二压力传感器17、所述第三压力传感器19、所述第四压力传感器20、所述第五压力传感器21、所述第六压力传感器23均与所述中央处理器24连接。

如图7所示，图7为所述隧道盾构施工及管片安装质量控制的模拟系统的模拟流程图；工作原理：使用时，将所述模拟隧道4一侧表面的所述连接柱5与所述隧道固定槽2槽壁上的所述卡槽3对其，将所述模拟隧道4固定安装在所述模拟隧道固定座1上，同时准备五组没有安装压力传感器的普通管片，分别将其组装成环，分别设为第一环、第三环、第四环、第五环和第六环，通过所述隧道管片主体12两侧的所述安装限位块14和所述安装限位滑槽13，一侧将所述第一隧道管片6、所述第二隧道管片7、所述第三隧道管片8、所述第四隧道管片9、所述第五隧道管片10和所述第六隧道管片11拼接成环，并设置为第二环，首先盾构推进第一环，将第一环推入所述模拟隧道4内，再盾构推进第二环，并通过六个管片上安装的所述第一压力传感器15、所述第二压力传感器17、所述第三压力传感器19、所述第四压力传感器20、所述第五压力传感器21和所述第六压力传感器23检测在盾构推进过程中每个管片上的节点的受力情况，并将检测的数据传递给所述中央处理器24。

通过设置的中央处理器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和第六压力传感器，首先盾构推进第一环，将第一环推入模拟隧道内，再盾构推进第二环，并通过六个管片上安装的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和第六压力传感器检测在盾构推进过程中每个管片上的节点的受力情况，并将检测的数据传递给中央处理器，再继续推进第三环并检测第二换上每个节点的受力情况，同时记录在推进过程中的推力大小，再将数据传递给中央处理器，以此类推，再依次推进第四环、第五环和第六环并记录每个节点的检测数据，再将数据依次传递给中央处理器，所述中央处理器24对盾构推进、管片拼装过程中第二环的管片间环面、端面的压力的变化情况进行数据分析，剔除不利影响因素及极端数据，得到管片拼装过程中不同区域、推力不同对管片间受力的影响程度，根据盾构推力与成型隧道管片变形的关系对相关节点绘制相应的曲线，得到推力变化对隧道变形的影响关系，通过分析管片受力状态，以提高隧道管片的拼装质量及密封效果，进一步保证实际运用中成型隧道的质量，所述压力传感器型号均为B26QUP120M压力传感器，所述中央处理器24型号为AMD中央处理器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。