[发明专利]市域铁路越江隧道复合衬砌结构受力性能自动化监测系统

说明书

本发明公开了市域铁路越江隧道复合衬砌结构受力性能自动化监测系统，包括监测模块、采集模块、传输模块、分析模块以及核算模块，采集模块对监测模块获得的数据进行集中化采集，并通过传输模块将数据传输至分析模块，核算模块对数据云平台的数据进行建模分析反演，明确软土地层中双层衬砌盾构隧道内外衬的接触关系及其协同承载机制。优点在于，设计了复合隧道衬砌结构受力性能自动化监测系统，对盾构管片及内衬在不同施工及运营工况下受力性能进行远程自动化监测，掌握超大直径双层砌盾构隧道内外衬的长期协同承载机理及其演化规律。

技术领域

本发明涉及一种监测系统，尤其涉及市域铁路越江隧道复合衬砌结构受力性能自动化监测系统。

背景技术

瓯江江北口隧道作为温州深厚软土地层第一条越江盾构隧道，同时做为国内首条超大直径复合衬砌隧道，其设计和建设经验承载着本地区同类隧道先行先试的作用。鉴于工程面临的重大安全风险，通过对盾构隧道复合衬砌结构内力进行远程自动化实时监测，掌握复合衬砌结构内力规律，实现隧道结构安全实时预警报警功能，从而提高瓯江北口隧道事故风险监测预警水平及事故应急救援能力，确保隧道始终处于安全可控状态。

发明内容

为解决现有技术存在的问题和不足，本发明特制作市域铁路越江隧道复合衬砌结构受力性能自动化监测系统，实现软土层中双层衬砌盾构隧道结构服役状态自动化远程云监测。

市域铁路越江隧道复合衬砌结构受力性能自动化监测系统，包括包括监测模块、采集模块、传输模块、分析模块以及核算模块，采集模块对监测模块获得的数据进行集中化采集，并通过传输模块将数据传输至分析模块，核算模块对数据云平台的数据进行建模分析反演，明确软土地层中双层衬砌盾构隧道内外衬的接触关系及其协同承载机制。

进一步地，监测模块包括外衬内力监测装置、外衬相互作用力监测装置以及内衬内力监测装置。

进一步地，外衬内力监测装置包括外衬管片中预埋的土压力盒以及钢筋轴力计，外衬相互作用力监测装置包括外衬拼装时安装的螺栓轴力计，内衬内力监测装置包括在内衬中预埋的混凝土应变计。

进一步地，传输模块包括洞内光纤和洞外无线信息传输装置。

进一步地，核算模块采用三维精细化有限元建模分析反演，明确软土地层中双层衬砌盾构隧道内外衬的接触关系及其协同承载机制。

进一步地，三维有限元精细化建模包括混凝土采用弹塑性损伤本构，并在此基础上采用弥散开裂模型，通过对单元的刚度进行折减实现混凝土开裂行为的描述，以模拟极限工况下的管片开裂和损伤，外衬管片接缝采用真实建立螺栓嵌入式梁单元模拟，以避免接缝弹簧非线性刚度确定困难和正负向转角条件下刚度曲线不对称等问题，螺栓中螺帽与管片无相对位移、螺杆与螺栓孔变形协调，螺栓预紧力施加在螺栓垫片位置和螺杆内部，忽略防水密封垫，相邻管片之间采用硬接触，切箱采用罚函数和库伦摩擦模拟，外衬管片与内衬现浇钢砼之间的界面光滑时采用法向硬接触和切向无摩擦模拟，不光滑时采用法向硬接触和切向罚函数+库伦摩擦强度准则模拟。

进一步地，核算模块还包括在三维精细化有限元模型的基础上，基于现场实测断面的内力和变形结果对有限元模型的参数进行校验，获得内外衬接触关系描述方法，研究潮汐水头和列车动荷载作用下内外衬接触压力、螺栓弯矩和剪力、内外衬开裂等无法实际观测指标的长期变化规律，明确软土地层中超大直径双层砌盾构隧道内外衬的长期协同承载机理及其演化规律。

本发明的有益之处在于：

瓯江江北口隧道作为温州深厚软土地层第一条越江盾构隧道，同时做为国内首条超大直径复合衬砌隧道。该隧道下穿瓯江入海口，存在隧址分布深厚软土地层、上部海域高潮差、隧道直径大及采用复合衬砌结构等复杂工况，目前国内尚无成功实施案例。本发明可对超大直径管片及内衬在施工及运营工况下的受力性能进行实施远程自动化监测，掌握大直径双层砌盾构隧道内外衬的长期协同承载机理及其演化规律。可为复杂条件下隧道运营安全评估提供支撑，同时也为国内同类隧道起到先行先试的作用。

附图说明