一种隧道前摄性维养方法

本发明属于隧道评估，尤其是涉及一种隧道前摄性维养方法。

背景技术：

1、隧道，是地下工程的一种结构方式。由于具有“穿越地下”和“截弯取直”等特点，极大地提高了运输的便利性。随着经济发展和高品质生活需求的大幅提高，隧道被广泛应用于轨道交通、交通运输、市政管道、输水管道和矿井巷道等重大工程。地铁隧道、公路隧道、电力隧道、输水隧道等地下隧道，已经成为百姓日常出行和日常生活的重要组成部分。然而，随着运营时间不断延长，隧道病害日益增多、隧道病害日趋恶化，已经严重了隧道服役质量和运营安全。隧道病害，影响服役质量、运营安全和经济发展。隧道病害维养，是现在必须重视和必须妥善解决的难题。

2、在设备、房屋、船舶、公路和桥梁等领域的维养方法研究颇多，有矫正性、被动性、事后、必要性、定期性、周期性、基于使用、预防性、基于状况、基于可靠度、主动性等等。各个领域维养方法的名称种类繁多，实质上只有三种方法：被动性方法、预防性方法、预测性方法。被动性方法，是在故障发生后再去维修。预防性方法，是无论是否真实需要，都要进行定期检测和定期维修。预测性方法，是对关键部位进行重点监测或检测，判断和评估关键构件服役状态，后进行维修养护。

3、不同于汽车等相对独立的结构形式，隧道是交通体系的关键工程，一旦发生重大病害，将直接导致网络化交通运输系统瘫痪，因此不宜采用被动性方法。不同于桥梁等具有关键部位的结构形式，隧道纵向超长线性且具有环环相同和块块相似的无关键部位特点，因此难以在全域范围采用预防方法和预测性方法。现阶段，城市轨道交通盾构隧道服役保障以矫正性的维养为主，辅以预防性养护。由于缺乏对隧道结构性能演化规律的认识，只能依靠定期人工巡检辅以有限测点的监测手段摄取隧道健康状态，发现严重病害后开展矫正性的修复工作，耗费大量的人力物力。目前隧道维养措施，注浆堵漏、碎裂修补、粘芳纶布和粘钢补强等，都属于事后被动性。理论与实践研究表明，上述措施的修复效果非常不明显。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有维养方法缺乏科学评估和维养依据的缺陷而提供一种隧道前摄性维养方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种隧道前摄性维养方法，包括以下步骤：

4、s1：选择重点监测部位进行监测，获得包括局部结构变形和土压力的局部服役性能信息；对隧道进行全域变形检测，获得全域结构变形信息；

5、s2：建立隧道结构与土相互作用关系模型和精细化隧道结构模型，输入s1中的局部结构变形和土压力信息进行模型验证；

6、向验证后的隧道结构与土相互作用关系模型和精细化隧道结构模型中输入s1中的全域结构变形信息，获得包括全域全面土压力边界的隧道结构服役性能指标；

7、s3：根据s2中的全域全面隧道结构服役性能指标，选取重点病害维养关键部位，采用注浆法调整结构变形至初始状态；

8、所述重点病害维养关键部位包括超出材料弹塑性范围、接头变形限值、混凝土裂纹裂纹、螺栓塑性变形、结构变形限界、结构外力变异值的位置；

9、s4：根据s2中的全域全面隧道结构服役性能指标建立数据库，获得隧道服役性能演化规律，调整s1中的全域变形检测频次。

10、进一步地，步骤s1中，所述重点监测部位选取隧道的任意几环。

11、进一步地，步骤s1中，所述局部服役性能信息通过安置于隧道中的传感器获得。

12、进一步地，步骤s1中，所述局部服役性能信息包括但不局限于局部结构变形、土压力以及管片应力应变、螺栓应力应变、接头张开和错台、管片裂纹裂缝。

13、进一步地，步骤s1中，所述全域结构变形信息通过经纬仪、全站仪或三维激光扫描中的一种或多种获得。

14、进一步地，步骤s2中，所述隧道结构与土相互作用关系模型具体为：

15、{sji}·{qji}＝{fji}·{δji} (1)

16、其中，j为隧道三维空间位置的纵向位置，i为隧道三维空间的横向位置；{δji}为真实工况的结构位移矩阵，{qji}为真实工况的土压力矩阵，{fji}为隧道结构外力矩阵，{sji}为结构位移矩阵。

17、进一步地，步骤s2中，所述精细化隧道结构模型的解析模型具体为：

18、{fji}＝{kji}·{sji} (2)

19、其中，j为隧道三维空间位置的纵向位置，i为隧道三维空间的横向位置；{fji}为隧道结构外力矩阵，{sji}为结构位移矩阵，{kji}为模型刚度矩阵。

20、进一步地，步骤s2中，所述精细化隧道结构模型由内而外依次包括接头分区、钢筋混凝土层和素混凝土层。

21、进一步地，步骤s3中，所述注浆法的实施方案依据精细化隧道结构模型和土压力边界，注浆法具体为通过多次微扰动注浆调整环境土压力。

22、进一步地，步骤s4中，采用人工智能对数据库的数据进行训练学习，获得所述的隧道服役性能演化规律。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、(1)本发明提出的前摄性维养方法将局部重点监测和全域变形检测的有机结合为评估模型提供科学的信息支撑，通过摄取全面服役能指标判断关键病害并制定科学的维养方案，最后通过注浆调整结构变形进而遏制病害发展，并通过预测研究动态地调整检测频次，实现了对隧道病害的科学评估和科学维养。

25、(2)本发明的全过程无经验性参数和经验系数，完全建立在科学分析的基础上，形成了检测方案、评估方法、维养方案、预测研究四部分逐次开展且相互结合的系统性维养方法。

26、(3)本发明将局部监测信息用于模型验证，将全域变形检测数据作为计算所有服役信息的输入变量，为评估提供数据支撑，不依赖经验进行评估，能有效解决摄取全面服役信息指标的问题。

27、(4)本发明可以根据全面服役性能信息建立大量工程实践的信息样本库，采用人工智能方法进行学习和训练，对隧道服役性能演化规律研究，随后对检测方案及频次进行动态调整。

28、(5)本发明提出了以全域结构变形检测为主和局部重点监测为辅的检测方案，可以将病害控制在弹性工作状态或大病害之前。

技术特征：

1.一种隧道前摄性维养方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s1中，所述重点监测部位选取隧道的任意几环。

3.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s1中，所述局部服役性能信息通过安置于隧道中的传感器获得。

4.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s1中，所述局部服役性能信息包括但不局限于局部结构变形、土压力以及管片应力应变、螺栓应力应变、接头张开和错台、管片裂纹裂缝。

5.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s1中，所述全域结构变形信息通过经纬仪、全站仪或三维激光扫描中的一种或多种获得。

6.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s2中，所述隧道结构与土相互作用关系模型具体为：

7.根据权利要求6所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s2中，所述精细化隧道结构模型的解析模型具体为：

8.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s2中，所述精细化隧道结构模型由内而外依次包括接头分区、钢筋混凝土层和素混凝土层。

9.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s3中，所述注浆法的实施方案依据精细化隧道结构模型和土压力边界，注浆法具体为通过多次微扰动注浆调整环境土压力。

10.根据权利要求1所述的一种前摄性维养方法，其特征在于，步骤s4中，采用人工智能对数据库的数据进行训练学习，获得所述的隧道服役性能演化规律。

技术总结
本发明涉及一种隧道前摄性维养方法，包括以下步骤：S1：选择重点监测部位进行监测，获得局部服役性能信息；对隧道进行全域变形检测，获得全域结构变形信息；S2：建立隧道结构与土相互作用关系模型和精细化隧道结构模型，输入局部服役性能信息进行模型验证；向验证后的模型中输入全域结构变形信息，获得隧道结构服役性能指标；S3：根据全域全面隧道结构服役性能指标，选取重点病害维养关键部位，采用注浆法调整结构变形至初始状态；S4：根据全域全面隧道结构服役性能指标建立数据库，研究隧道服役性能演化规律，调整全域变形检测频次。与现有技术相比，本发明全过程无经验性参数和经验系数，实现了对隧道病害的科学评估和科学维养。

技术研发人员：李攀
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29