(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111621281.9 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 中铁第四勘察设计院集团有限公司 地址 430063 湖北省武汉市武昌杨园和平 大道745号 申请人 上海同岩土 木工程科技股份有限公 司 (72)发明人 肖明清　龚彦峰　焦齐柱　薛光桥　 陈扬勋　王少锋　樊思成　桑运龙　 刘学增　章登精　郭志明　沈斌　 (74)专利代理 机构 北京汇泽知识产权代理有限 公司 11228 代理人 秦曼妮 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 盾构隧道服役性能快速诊断和发展趋势预 测方法 (57)摘要 本发明提供了一种盾构隧道服役性能快速 诊断和发展趋势预测方法， 包括以下步骤： 获取 盾构隧道沉降、 断面收敛变形以及裂缝、 剥落剥 离监测数据； 建立纵向螺栓应力分级评价标准， 基于获取的盾构隧道沉降监测数据， 计算得到纵 向螺栓应力， 根据纵向螺栓应力所属的分级评价 标准判断隧道纵向服役性能； 建立隧道的直径变 形比分级评价标准， 基于获取的隧道断面收敛变 形监测数据， 计算隧道的直径变形比， 根据隧道 的直径变形比所属的分级评价标准判断隧道横 向服役性能； 基于获取的隧道裂缝、 剥落剥离监 测数据， 从能量的角度预测裂缝病害发展趋势。 本发明操作简单、 诊断合理且评价较为全面。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114329709 A 2022.04.12 CN 114329709 A 1.一种盾构隧道服役性能快速诊断和发展趋势预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取盾构隧道沉降、 断面收敛变形以及裂缝、 剥落剥离监测数据； 建立隧道曲率半径、 接缝张开和纵向螺栓应力之间的关系， 从防水和差异沉降控制的 角度确定纵向螺栓应力 分级评价标准， 基于获取 的盾构隧道沉降监测数据， 计算得到纵向 螺栓应力， 根据纵向螺 栓应力所属的分级评价标准判断隧道纵向服役性能； 根据隧道承载变形关键节点对应的直径变形比确定隧道的直径变形比分级评价标准， 基于获取 的隧道断面收敛变形监测数据， 计算隧道的直径变形比， 根据隧道的直径变形比 所属的分级评价标准判断隧道横向服役性能； 基于获取的隧道裂缝、 剥落剥离监测数据， 从能量的角度预测裂缝病害发展趋势。 2.如权利要求1所述的盾构隧道服役性 能快速诊断和发展趋势预测方法， 其特征在于， 所述建立隧道曲率半径、 接缝张开和纵向螺栓应力 之间的关系， 从防水和差异沉降控制的 角度确定纵向螺栓应力 分级评价标准， 基于获取 的盾构隧道沉降监测数据， 计算得到纵向 螺栓应力， 根据纵向螺 栓应力所属的分级评价标准判断隧道纵向服役性能， 具体包括： 通过纵向等效刚度模型， 得到 隧道曲率半径、 接缝张开量与纵向螺栓应力之间的换算 关系； 根据隧道曲率半径、 接缝张开量与纵向螺栓应力之间的换算关系， 计算隧道曲率半径 15000m、 接缝张开量8mm对应的纵向螺栓应力， 与螺栓屈服强度相比较， 三个值中的较小者 为A， 则纵向螺栓应力一至五级的分级评价标准为[0,0.5A]、 (0.5A,0.8A]、 (0.8A,A]、 (A, 1.2A]、 (1.2A,+∞)； 基于获取的盾构隧道沉降监测数据， 计算隧道曲率半径， 根据隧道曲率半径与纵向螺 栓应力之间的换算关系， 得到纵向螺栓应力， 判断纵向螺栓应力所属的分级评价标准从而 判断隧道的纵向服役性能。 3.如权利要求2所述的盾构隧道服役性 能快速诊断和发展趋势预测方法， 其特征在于， 所述通过纵向等效刚度模型， 得到隧道曲率半径、 接缝张开量与纵向螺栓应力之间的换算 关系， 具体包括： 1)当螺栓在弹性范围内时： 接缝张开 量为： 其中 隧道曲率半径为： 其中 上述二式中， M为隧道弯矩， 其中 为中性轴的角度， 根据 计算得到， Ec为管片弹性模量， Ac为管片截面面积， Ic为管片惯性矩，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114329709 A 2ls为管片纵向长度， N为纵向螺栓应力， Kj1＝nkj1， kj1为单个螺栓的弹性刚度， Ej为 单个螺栓的弹性模量， A、 l 为螺栓的截面积和长度。 2)最外侧螺 栓进入塑性状态时： 接缝张开量为： 其中E1为螺栓屈服应力， N1为螺栓预应力， Ny 为螺栓弹性极限内的最大应力， Ej为单个螺栓的弹性模量， l为螺栓的长度， α 为单个螺栓弹 性和塑性刚度比； 曲 率 半 径 为 ： δy为 螺 栓 弹 性 极 限 伸 长 量 ， r为隧道内外半径的平均值； 和φ由以下两式联立 求得： 其中， 4.如权利要求2所述的盾构隧道服役性 能快速诊断和发展趋势预测方法， 其特征在于， 所述基于获取的盾构隧道沉降监测数据， 计算隧道曲率半径， 具体包括： 通过三点法， 根据所求测点的沉降值以及其左右相邻 两点的沉降值求得该测点的曲率 半径， 具体方法为， 根据隧道全线的沉降值绘制里程 ‑沉降曲线， 所求测点B的坐标为(x2, y2) ,该 测点 左 右 相 邻 两 点 坐 标 为 A (x1,y1) ， C (x3,y3) ， A C 线 段 长 度 为 点B到直线AC的距离为 所求曲率半径为 5.如权利要求1所述的盾构隧道服役性 能快速诊断和发展趋势预测方法， 其特征在于， 所述根据隧道承载变形关键节点对应的直径变形比确定隧道的直径变形比分级评价标准， 基于获取 的隧道断面收敛变形监测数据， 计算隧道的直径变形比， 根据隧道的直径变形比 所属的分级评价标准判断隧道横向服役性能， 具体包括： 采用数值仿真的方法， 建立隧道断面收敛变形与隧道结构承载性能之间的关系模型， 通过线性增大顶底荷载值， 确定管片在初始埋深、 混凝土达轴心抗压强度、 接缝张开量达权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114329709 A 3