CN114991812B - 一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** - Google Patents
一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN114991812B CN114991812B CN202210514389.6A CN202210514389A CN114991812B CN 114991812 B CN114991812 B CN 114991812B CN 202210514389 A CN202210514389 A CN 202210514389A CN 114991812 B CN114991812 B CN 114991812B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- longitudinal
- prestress
- transverse
- tunnel
- circumferential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 70
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 13
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims description 9
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 9
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 229910001294 Reinforcing steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N gamma-aminobutyric acid Chemical compound NCCCC(O)=O BTCSSZJGUNDROE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
- E21D11/04—Lining with building materials
- E21D11/08—Lining with building materials with preformed concrete slabs
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Architecture (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Lining And Supports For Tunnels (AREA)
Abstract
本发明涉及一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，包括预应力钢索张拉部及伺服式自动控制装置，预应力钢索张拉部包括盾构隧道环向预应力管和纵向预应力加固结构，伺服式自动控制装置包括智能监测单元和智能调节单元，智能监测单元实时监测隧道参数，智能调节单元根据监测的隧道参数，通过综合分析横向和纵向的变形调节过程的动态数据，结合纵横向力学相互作用关系，对纵横向的预应力进行动态调节。与现有技术相比，本发明能够实时监测、分析盾构隧道受力变形状态，并对预应力钢绞线进行自动张拉、对隧道受力变形进行全周期控制，通过数据实时反馈对纵、环向预应力进行动态调节，能够有效缓解甚至消除隧道接缝变形及纵向不均匀沉降现象。
Description
技术领域
本发明涉及盾构隧道技术领域，尤其是涉及一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***。
背景技术
盾构隧道由管片拼装而成，在施工期及运营期间，往往受到不均匀沉降、应力松弛以及临近工程扰动(盾构穿越、临近基坑开挖)等影响，导致管片接缝张开、碎裂、渗漏，甚至引发行车安全问题。以往通常采用地基加固或维修加固等方式对盾构隧道进行事后处理，但往往处理难度大、费用高，且无法保证处理的及时性，严重影响隧道正常运营。
为此，现有技术考虑采取常规预应力措施的管片衬砌，但这种方式不能实现预应力的在线调控，也就难以从根本上解决上述问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，通过在管片中预埋管道，管道中穿过预应力钢绞线，并采用实时监测反馈技术调整预应力，增强隧道纵环向刚度、弥补盾构隧道的纵向预应力损失，从而达到缓解甚至消除隧道接缝变形及纵向不均匀沉降的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，包括预应力钢索张拉部及其连接的伺服式自动控制装置，所述预应力钢索张拉部包括盾构隧道环向预应力管和纵向预应力加固结构，所述伺服式自动控制装置包括智能监测单元和智能调节单元，所述智能监测单元用于实时监测隧道参数，所述智能调节单元根据监测的隧道参数，通过综合分析横向和纵向的变形调节过程的动态数据，结合纵横向力学相互作用关系，对纵横向的预应力进行动态调节。
进一步地，所述盾构隧道环向预应力管包括设置在固定端管片和连接处管片环向钢筋笼内的空心波纹管，所述波纹管内穿设环向预应力钢绞线，所述环向预应力钢绞线采用双圈预应力筋形式，所述环向预应力钢绞线从管片内壁孔道穿入后伸出，所述环向预应力钢绞线的两端分别与预应力筋锚固装置相连接。
进一步地，所述预应力筋锚固装置包括梯形壳体，所述梯形壳体的两个侧壁上分别开设有槽口，所述一个侧壁上的槽口连接固定端锚具，另一个侧壁上的槽口连接张拉端锚具。
进一步地，所述纵向预应力加固结构包括由纵向预应力钢绞线连接的固定端管片、区间管片和连接处管片，所述固定端管片和连接处管片均由第一标准块、第一邻接块、第一封顶块连接组成，所述第一标准块、第一邻接块、第一封顶块依次连接组成衬砌环结构，所述第一标准块、第一邻接块、第一封顶块沿纵向方向的两端均开设有凹槽，所述纵向预应力钢绞线的两端在凹槽位置通过钢绞线锁具固定。
进一步地，所述区间管片由第二标准块、第二邻接块、第二封顶块连接组成，所述第二标准块、第二邻接块、第二封顶块依次连接组成衬砌环结构，所述区间管片的中部开设有用于穿设纵向预应力钢绞线的孔洞。
进一步地，所述固定端管片和连接处管片沿纵向方向的两端面分别配合设置有应力传递板，所述应力传递板之间通过钢筋相连接，所述应力传递板中部开设有用于穿设纵向预应力钢绞线的孔洞。
进一步地，所述智能监测单元包括监测设备及其连接的信息传输设备，所述信息传输设备连接至智能调节单元，所述监测设备包括用于测量拱顶下沉、水平收敛和周边位移的激光扫描仪，用于测量管片张开量的测缝计，用于测量端面压力的压力盒、用于测量钢绞线拉力的钢索测力计以及用于测量管片应力应变的钢筋计。
进一步地，所述智能调节单元包括数据分析模块及其连接的自动控制子***，所述数据分析模块用于对监测参数进行分析，综合分析横向和纵向变形调节过程的动态数据，并根据纵横向力学相互作用关系，统筹对纵横向进行动态调节；
所述自动控制子***根据数据分析模块输出的信号，对应控制张拉端锚具的拉力。
进一步地，所述纵横向力学相互作用关系具体是将所有影响隧道纵向力学性能的横向影响因子作为评价指标，以组成一个多因素相互作用关系矩阵，从而定量计算隧道纵向力学参数，所述关系矩阵的组成原则是：将横向影响因子依次放置在该矩阵的主对角线上，每个影响因子的值表示由于该影响因子的作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度，若某个影响因子与其它影响因子的作用放置在该因子所在行中主对角线以外的其它位置，则其值表示由于该影响因子与其它影响因子之间的相互作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度，所述关系矩阵为：
其中，Vi,i为第i个横向影响因子，Vi,j为横向影响因子i作用于影响因子j而对隧道纵向力学性能所产生的影响，Vj,i为横向影响因子i受到影响因子j的作用而对隧道纵向力学性能所产生的影响，δp、δc分别为纵向、环向张开量，Fp、Fc分别为纵向、环向预应力，Kp为纵向曲率，Dc为水平收敛，σp、σc分别为纵向、环向衬砌内力，Pp、Pc分别为纵向、环向端面压力；
所述动态调节的具体过程为：首先分析纵向和横向张开的变化速率和绝对量值，若纵向张开的变化速率或绝对量值大于预设的纵向控制值，则优先对纵向预应力进行分级调整，每级调整的同时分析各监测值；如果环向的监测值趋向于更危险或者纵向的张开量无法调节，则根据纵横向力学相互作用关系对环向预应力进行分级调整，最后使纵向和横向张开的变化速率和绝对量值趋近于一个理想的状态，各监测值均在控制范围之内；如果无法调节至理想状态，则控制器发出报警，以通过人工措施进行补救；
若横向张开的变化速率或绝对量值大于预设的横向控制值同理。
进一步地，所述自动控制子***包括设置在张拉端锚具位置的反力架和微型液压千斤顶，所述微型液压千斤顶通过分布式马达连接至智能控制模块，所述智能控制模块与数据分析模块连接，所述智能控制模块安装在管片内侧。
与现有技术相比，本发明通过设置盾构隧道环向预应力管和纵向预应力加固结构，其中，环向预应力管在环向方向连接成整体，能够限制管片环的收敛变形，提高盾构隧道管片的整体强度；纵向预应力加固结构则在纵向方向连接成整体，能够克服局部管片应力不均匀的缺陷，更有利于控制不均匀沉降，而且限制了隧道纵向扭曲变形，提高了盾构隧道管片的整体强度。
本发明通过设置智能监测单元和智能调节单元，能够对隧道数据进行实时自动监测，并通过分析隧道纵横向相互作用关系，能够对隧道纵横向预应力进行动态调节，避免出现纵向参数满足条件而横向参数超出控制值的情况，此外，在智能调节单元中设置微型液压千斤顶、压力架和分布式马达，能够方便可靠地对盾构隧道中各个连接段之间钢绞线的预拉力进行智能调整，由此增强隧道纵环向刚度、弥补盾构隧道的纵向预应力损失，从而达到缓解甚至消除隧道接缝变形及纵向不均匀沉降的目的。
附图说明
图1为本发明的***结构示意图；
图2为固定端或连接处管片第一封顶块A的示意图；
图3为固定端或连接处管片第一邻接块A及第一标准块A的示意图；
图4为区间管片第二封顶块B的示意图；
图5为区间管片第二邻接块B及第二标准块B的示意图；
图6为环向预应力筋锚固装置的结构示意图；
图7为固定端或连接处管片环的示意图；
图8为区间管片环的示意图；
图9为固定端管片、区间管片及连接处管片连接示意图；
图10为隧道监测部分安装示意图；
图11为隧道智能监测和动态调节的流程示意图；
图中标记说明：1、第一封顶块；2、应力传递板；3、应力传递板中部用于穿设纵向预应力钢绞线的孔洞；4、凹槽；5、空心波纹管；6、钢筋；7、第一邻接块或第一标准块；8、第二封顶块；9、区间管片中部用于穿设纵向预应力钢绞线的孔洞；10、第二邻接块或第二标准块；11、管片内壁孔道；12、梯形壳体；13、梯形壳体的支撑钢板；14、槽口；15、环向预应力钢绞线；16、纵向预应力钢绞线；17、测缝计；18、压力盒；19、反力架；20、微型液压千斤顶；21、分布式电动马达；22、测力计；23、钢筋计；24、激光扫描仪；25、无线信号站；26、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～图10所示，一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，包括预应力钢索张拉部和伺服式自动控制装置，其中，预应力钢索张拉部包括盾构隧道环向预应力管和纵向预应力加固结构；伺服式自动控制装置包括智能监测单元和智能调节单元。
具体的，盾构隧道环向预应力管是在固定端管片和连接处管片环向钢筋笼内加空心波纹管5，空心波纹管5内设置环向预应力钢绞线15，采用双圈预应力筋形式，环向预应力钢绞线15钢绞线两端分别从管片内壁孔道11伸出，与固定在管片上的预应力筋锚固装置连接；
预应力筋锚固装置的预埋钢板板面有焊接槽，其预焊钢筋朝下，与预应力管内部连成一体，连接在预埋钢板上的梯形壳体12两侧壁开有槽口14，一侧壁的槽口14连接固定端锚具，另一侧壁的槽口14连接张拉端锚具。
在纵向预应力加固结构中，固定端管片、区间管片和连接处管片由纵向预应力钢绞线16连接，并在管片凹槽4端部由钢绞线锁具进行固定；
固定端管片和连接处管片均由第一封顶块A、第一邻接块A与标准块A连接组成，第一邻接块A与第一封顶块A连接、第一标准块A与第一邻接块A连接，三者连接组成衬砌环结构，沿纵向方向两端均开有预留的凹槽4。
此外，固定端管片和连接处管片沿纵向方向的两端面配合有应力传递板2，应力传递板2之间通过钢筋6相连接，应力传递板2中部开有用于穿设纵向预应力钢绞线16的孔洞3。
区间管片由第二封顶块B、第二邻接块B与第二标准块B连接组成，第二邻接块B与第二封顶块B连接，第二标准块B与第二邻接块B连接，三者连接组成衬砌环结构，各区间管片块中部均开用于穿设纵向预应力钢绞线16的孔洞9。
智能监测单元包含有监测设备和信息传输设备，监测设备用于监测隧道内的重要参数，包括：激光扫描仪24监测拱顶下沉、水平收敛和周边位移，测缝计17监测管片张开量，压力盒18监测端面压力、钢索测力计22监测钢绞线拉力、钢筋计23监测管片内部应变应力，本实施例中，激光扫描仪24设置在隧道边墙位置；测缝计17、压力盒18、钢筋计23预埋在初支混凝土下；钢索测力计22安装在预应力钢绞线(15和16)上，均通过信息传输设备(无线信号站25)将监测数据传递到计算机26。
智能调节单元包括数据分析模块和自动控制子***，数据分析模块包含有数据储存模块和数据显示模块，用于对监测参数进行分析，综合分析横向和纵向的变形调节过程的动态数据，根据纵横向力学相互作用关系，统筹对纵横向进行动态调节，其中，纵横向力学相互作用关系，具体是将所有影响隧道纵向力学性能的横向影响因子作为评价指标，可以组成一个多因素相互作用关系矩阵，来定量计算隧道纵向力学参数，关系矩阵的组成原则是：将横向影响因子依次放置在该矩阵的主对角线上(它们之间的前后顺序可以相互置换)，每个影响因子的值表示由于该影响因子的作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度；某个影响因子与其它影响因子的作用放置在该因子所在行中主对角线以外的其它位置，其值表示由于该影响因子与其它影响因子之间的相互作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度。具体矩阵的组成如下：
在这个关系矩阵中,Vi,i表示第i个横向影响因子,，Vi,j表示横向影响因子i作用于影响因子j而对隧道纵向力学性能所产生的影响，Vj,i表示横向影响因子i受到影响因子j的作用而对隧道纵向力学性能所产生的影响。δp、δc表示纵向、环向张开量，Fp、Fc表示纵向、环向预应力，Kp表示纵向曲率，Dc表示水平收敛，σp、σc表示纵向、环向衬砌内力，Pp、Pc表示纵向、环向端面压力。
动态调节过程如图11所示，首先分析纵向和环向张开的变化速率和绝对量值，若纵向张开的变化速率或绝对量值大于控制值，优先对纵向预应力进行分级调整，每级调整的同时分析各监测值，如果环向的监测值趋向于更危险或者发现纵向的张开量无法调节，就要根据纵横向力学相互作用关系对环向预应力进行分级调整，最后两者趋近于一个理想的状态，各监测值均在控制范围之内，如果无法调节至理想状态，控制器便会进行报警，通过人工措施进行补救，若横向张开(即环向张开)的变化速率或绝对量值大于控制值，则同理进行相应调节。
自动控制子***包括微型液压千斤顶20及反力架19，并与在管片内侧安装的智能控制模块相连接，智能控制模块通过接受数据分析模块传输过来的信号进行判断，使用分布式电动马达21远程控制微型液压千斤顶20的伸缩，以实现对张拉端锚具拉力的自动调节。
将上述***应用于实际，其具体的施工和应用过程包括以下步骤：
1)如图7所示，固定端环向预应力管片之间通过凹凸榫接头连接，空心波纹管5对接准确形成环状通道；
2)如图6所示，在固定端的第一标准块7上固定预应力筋锚固装置，两根环向预应力钢绞线15从管片内壁孔道11穿入空心波纹管5，再从管片内壁孔道11穿出，环向预应力钢绞线15的两端分别引入梯形壳体12两侧壁的槽口14；
3)环向预应力钢绞线15的一端与固定端锚具连接，另一端则与张拉端锚具连接，在张拉端锚具处设置反力架19和微型液压千斤顶20，通过智能控制模块使用电动马达21控制千斤顶20进行张拉，当达到预设应力后停止；
4)如图8所示，区间管环管片之间通过凹凸榫接头连接，波纹管5对接准确形成环状通道；
5)如图9所示，沿纵向预应力钢绞线16穿过固定端管片一侧的应力传递板2中部的孔洞3，将纵向预应力钢绞线16一端锁定在固定端管片上相应的管片预留凹槽4中；
6)沿纵向预应力钢绞线16穿过数组区间管片孔道9；
7)连接处环向预应力管片之间通过凹凸榫接头连接，波纹管5对接准确形成环状通道；
8)在连接处第一标准块7上固定预应力筋锚固装置，两根环向预应力钢绞线15从管片内壁孔道11穿入空心波纹管5，再从管片内壁孔道11穿出，环向预应力钢绞线15的两端分别引入梯形壳体12两侧壁的槽口14；
9)环向预应力钢绞线15的一端与固定端锚具连接，另一端则与张拉端锚具连接，在张拉端锚具处设置反力架19和微型液压千斤顶20，通过智能控制模块使用电动马达21控制千斤顶20进行张拉，当达到预设应力后停止；
10)第一组纵向预应力钢绞线16通过区间管片孔道9穿过连接处管片一侧的应力传递板2上的孔洞3，将纵向预应力钢绞线16另一端锁定在连接处管片上相应的管片预留凹槽4中；
11)如图10所示，在固定端管片张拉端锚具处设置反力架19和微型液压千斤顶20，通过智能控制模块使用电动马达21控制千斤顶20进行张拉，当达到预设应力后停止，由此对纵向预应力钢绞线16连接件施加预应力，并利用反力架19将其固定住；
12)沿纵向新设一组纵向预应力钢绞线16穿过连接处管片另一侧的应力传递板2上的孔洞3，将纵向预应力钢绞线16一端锁定在连接端管片上相应的管片预留凹槽4中；
13)重复步骤6)～步骤12)，采用无粘结方法完成整个预应力加固结构的预应力施加，对管片孔道端部进行灌浆处理；
14)管片拼接过程中，激光扫描仪24设置在隧道边墙位置，在管片环缝和纵缝处埋设压力盒18，环缝和纵缝侧安装测缝计17，钢绞线中***测力计22，衬砌内部埋入钢筋计23，具体根据隧道施工现场和监控测量工作方案，选择合适的位置进行测点布置，利用数据采集模块，对隧道力学变形参数进行监测。
15)后续施工和运营阶段，通过数据分析模块，对所有参数的变化速率、最大值进行分析并进行警戒值设置。综合分析横向和纵向的变形调节过程的动态数据，根据纵横向力学相互作用关系，统筹通过纵环向设置的电动马达21操纵千斤顶20对纵横向预应力进行动态调节，最后使得各监测值均在控制范围之内，如果无法调节至理想状态，控制器便会进行报警，通过人工措施进行补救。
具体的，对伺服自动控制装置设定控制值，并施加预应力至初始目标值，在完成管片拼装与预应力张拉后开始伺服控制，当首组各初始预应力对应的某一测量值超过控制值时，则利用微型千斤顶20进行纵向钢绞线预应力放松或拉紧，同时更改控制目标值再进行下一组钢绞线的安装，再次判断该组和前面各组测量值与控制值的大小关系，最后当预应力即将达到警戒值，而前述测量值仍未得到控制，则需报警由运营单位进行人工检修和加固。
综上所述，本技术方案设计预应力钢索张拉部，在管片的纵向和环向通过电动马达控制千斤顶张拉钢绞线将管片挤紧，不仅可以控制隧道管片纵横向接缝张开，还可以控制隧道的纵向不均匀沉降和管片环的收敛变形；本技术方案设计伺服式自动控制装置，一方面通过测缝、测力等传感装置，对预应力钢索、管片隧道纵横向受力变形进行实时监测，另一方面基于隧道纵横向相互作用机制，建立预应力钢索张拉的伺服控制，由此通过数据实时反馈对纵、环向预应力进行同步调节，从而有效控制隧道接缝张开、渗漏、纵向挠曲变形、管片环收敛变形等问题。
本技术方案中，环向预应力管和纵向预应力加固结构不但可以节省大量由于管片拼装的金属件，而且省工、省力、缩短施工周期，可以控制混凝土的裂缝，保证隧道的止水性、提高强度。
本技术方案将环向预应力管在环向方向连接成整体，限制了管片环的收敛变形，提高了盾构隧道管片的整体强度；纵向预应力加固结构在纵向方向连接成整体，克服局部管片应力不均匀的缺陷，更有利于控制不均匀沉降，而且限制了隧道纵向扭曲变形，提高了盾构隧道管片的整体强度。
本技术方案通过挤压盾构管片，使管片之间相互作用主要为相互挤压，控制隧道接缝张开，提高了缝隙的抗渗能力，有效控制隧道渗水漏泥现象；
通过设置应力传递板，将两端的应力传递板通过钢筋连接，可以在凹槽内更加方便设置电动马达、反力架和微型液压千斤顶，便于施工。
本技术方案基于物联网的隧道自动化监控量测***，将各监测传感器中数据传输到中央电脑，可以实现24小时自动化监测。其中，数据分析模块考虑隧道纵横向相互作用关系，符合实际情况，可以更加合理地对纵环向预应力调节，避免出现纵向参数满足条件而横向参数超出控制值的情况。
本技术方案本通过电动马达驱动微型液压千斤顶轻松实现对环向预应力管和纵向预应力加固，实现对盾构隧道中各个连接段之间钢绞线的预拉力的智能调整，简单易于操作；
通过伺服控制装置调节预应力大小控制参数，可以实现对隧道的实时控制，节省时间和人力成本，通过调节参数对监测值进行分析，即可输出控制最优解，从而为后续工程研究规律性提供有力的数据支撑。
Claims (5)
1.一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，其特征在于，包括预应力钢索张拉部及其连接的伺服式自动控制装置，所述预应力钢索张拉部包括盾构隧道环向预应力管和纵向预应力加固结构，所述伺服式自动控制装置包括智能监测单元和智能调节单元，所述智能监测单元用于实时监测隧道参数，所述智能调节单元根据监测的隧道参数，通过综合分析横向和纵向的变形调节过程的动态数据，结合纵横向力学相互作用关系，对纵横向的预应力进行动态调节；
所述盾构隧道环向预应力管包括设置在固定端管片和连接处管片环向钢筋(6)笼内的空心波纹管(5)，所述波纹管(5)内穿设环向预应力钢绞线(15)，所述环向预应力钢绞线(15)采用双圈预应力筋形式，所述环向预应力钢绞线(15)从管片内壁孔道(11)穿入后伸出，所述环向预应力钢绞线(15)的两端分别与预应力筋锚固装置相连接，所述预应力筋锚固装置包括梯形壳体(12)，所述梯形壳体(12)的两个侧壁上分别开设有槽口(14)，其中一个侧壁上的槽口(14)连接固定端锚具，另一个侧壁上的槽口(14)连接张拉端锚具；
所述纵向预应力加固结构包括由纵向预应力钢绞线(16)连接的固定端管片、区间管片和连接处管片，所述固定端管片和连接处管片均由第一标准块、第一邻接块、第一封顶块连接组成，所述第一标准块、第一邻接块、第一封顶块依次连接组成衬砌环结构，所述第一标准块、第一邻接块、第一封顶块沿纵向方向的两端均开设有凹槽(4)，所述纵向预应力钢绞线(16)的两端在凹槽(4)位置通过钢绞线锁具固定；
所述智能监测单元包括监测设备及其连接的信息传输设备，所述信息传输设备连接至智能调节单元，所述监测设备包括用于测量拱顶下沉、水平收敛和周边位移的激光扫描仪(24)，用于测量管片张开量的测缝计(17)，用于测量端面压力的压力盒(18)、用于测量钢绞线拉力的钢索测力计(22)以及用于测量管片应力应变的钢筋计(23)；
所述智能调节单元包括数据分析模块及其连接的自动控制子***，所述数据分析模块用于对监测参数进行分析，综合分析横向和纵向变形调节过程的动态数据，并根据纵横向力学相互作用关系，统筹对纵横向进行动态调节；
所述自动控制子***根据数据分析模块输出的信号，对应控制张拉端锚具的拉力。
2.根据权利要求1所述的一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，其特征在于，所述区间管片由第二标准块、第二邻接块、第二封顶块连接组成，所述第二标准块、第二邻接块、第二封顶块依次连接组成衬砌环结构，所述区间管片的中部开设有用于穿设纵向预应力钢绞线(16)的孔洞(9)。
3.根据权利要求1所述的一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，其特征在于，所述固定端管片和连接处管片沿纵向方向的两端面分别配合设置有应力传递板(2)，所述应力传递板(2)之间通过钢筋(6)相连接，所述应力传递板(2)中部开设有用于穿设纵向预应力钢绞线(16)的孔洞(3)。
4.根据权利要求1所述的一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，其特征在于，所述纵横向力学相互作用关系具体是将所有影响隧道纵向力学性能的横向影响因子作为评价指标，以组成一个多因素相互作用关系矩阵，从而定量计算隧道纵向力学参数，所述关系矩阵的组成原则是：将横向影响因子依次放置在该矩阵的主对角线上，每个影响因子的值表示由于该影响因子的作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度，若某个影响因子与其它影响因子的作用放置在该因子所在行中主对角线以外的其它位置，则其值表示由于该影响因子与其它影响因子之间的相互作用而导致纵向力学性能变化的具体影响程度，所述关系矩阵为：
其中，Vi,i为第i个横向影响因子，Vi,j为横向影响因子i作用于影响因子j而对隧道纵向力学性能所产生的影响，Vj,i为横向影响因子i受到影响因子j的作用而对隧道纵向力学性能所产生的影响，δp、δc分别为纵向、环向张开量，Fp、Fc分别为纵向、环向预应力，Kp为纵向曲率，Dc为水平收敛，σp、σc分别为纵向、环向衬砌内力，Pp、Pc分别为纵向、环向端面压力；
所述动态调节的具体过程为：首先分析纵向和横向张开的变化速率和绝对量值，若纵向张开的变化速率或绝对量值大于预设的纵向控制值，则优先对纵向预应力进行分级调整，每级调整的同时分析各监测值；如果环向的监测值趋向于更危险或者纵向的张开量无法调节，则根据纵横向力学相互作用关系对环向预应力进行分级调整，最后使纵向和横向张开的变化速率和绝对量值趋近于一个理想的状态，各监测值均在控制范围之内；如果无法调节至理想状态，则控制器发出报警，以通过人工措施进行补救；
若横向张开的变化速率或绝对量值大于预设的横向控制值同理。
5.根据权利要求1所述的一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制***，其特征在于，所述自动控制子***包括设置在张拉端锚具位置的反力架(19)和微型液压千斤顶(20)，所述微型液压千斤顶(20)通过分布式马达(21)连接至智能控制模块，所述智能控制模块与数据分析模块连接，所述智能控制模块安装在管片内侧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210514389.6A CN114991812B (zh) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210514389.6A CN114991812B (zh) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114991812A CN114991812A (zh) | 2022-09-02 |
| CN114991812B true CN114991812B (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=83027936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210514389.6A Active CN114991812B (zh) | 2022-05-11 | 2022-05-11 | 一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114991812B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116792149B (zh) * | 2023-08-16 | 2024-05-14 | 湖南大学 | 一种盾构隧道结构变形恢复方法及*** |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1046991A (ja) * | 1996-07-31 | 1998-02-17 | Sumitomo Constr Co Ltd | シールドトンネル覆工体用セグメント、及びシールドトンネル覆工体のプレストレス導入方法 |
| CN1632287A (zh) * | 2003-12-24 | 2005-06-29 | 同济大学 | 盾构隧道预应力管 |
| CN103790598A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-05-14 | 同济大学 | 一种盾构隧道纵向预应力混凝土衬砌管片的制备方法 |
| CN105134252A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-09 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种盾构隧道管片纵向预应力加固结构及施工方法 |
| CN112780304A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-11 | 北京城建设计发展集团股份有限公司 | 强刚度低配筋预应力盾构隧道结构及其施工方法 |
| CN113916655A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 腾达建设集团股份有限公司 | 一种盾构隧道纵向预应力加固性能试验装置及试验方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT201700052365A1 (it) * | 2017-05-15 | 2018-11-15 | Safecertifiedstructure Tecnologia S R L | Concio prefabbricato per gallerie e metodo di realizzazione e monitoraggio ad esso associato |
-
2022
- 2022-05-11 CN CN202210514389.6A patent/CN114991812B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1046991A (ja) * | 1996-07-31 | 1998-02-17 | Sumitomo Constr Co Ltd | シールドトンネル覆工体用セグメント、及びシールドトンネル覆工体のプレストレス導入方法 |
| CN1632287A (zh) * | 2003-12-24 | 2005-06-29 | 同济大学 | 盾构隧道预应力管 |
| CN103790598A (zh) * | 2014-02-12 | 2014-05-14 | 同济大学 | 一种盾构隧道纵向预应力混凝土衬砌管片的制备方法 |
| CN105134252A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-09 | 济南轨道交通集团有限公司 | 一种盾构隧道管片纵向预应力加固结构及施工方法 |
| CN112780304A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-11 | 北京城建设计发展集团股份有限公司 | 强刚度低配筋预应力盾构隧道结构及其施工方法 |
| CN113916655A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-11 | 腾达建设集团股份有限公司 | 一种盾构隧道纵向预应力加固性能试验装置及试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114991812A (zh) | 2022-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109137744B (zh) | 一种大跨度柔性悬索桥主桁架非对称施工方法及控制方法 | |
| CN114991812B (zh) | 一种管片隧道纵横向伺服式预应力自动控制*** | |
| CN111455855A (zh) | 一种双塔单索面矮塔斜拉桥主桥的施工工艺 | |
| CN113605253A (zh) | 一种大跨度钢管拱桥斜拉扣挂线性控制安装施工方法 | |
| KR20110111907A (ko) | 사장교 주탑쪽의 사장 케이블용 새들 구조체 | |
| CN113186836A (zh) | 一种全新预应力整体桥梁膺架的施工方法 | |
| CN102704414B (zh) | 一种拱桥顶升的施工方法 | |
| CN1978802A (zh) | 超长预应力地梁施工方法 | |
| CN112627437A (zh) | 洁净电子厂房大跨度预应力混凝土结构建造方法 | |
| CN117451227A (zh) | 智能感知预制装配预应力的混凝土框架全过程监测方法 | |
| CN210421155U (zh) | 一种波纹钢板综合管廊的预制混凝土底座 | |
| CN110700102B (zh) | 一种预应力钢结构前拉后锁现浇平台施工方法 | |
| CN111305233B (zh) | 一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法 | |
| CN114837104A (zh) | 桥梁桩基托换方法 | |
| CN210368674U (zh) | 基于斜拉扣挂的桥梁悬臂浇筑施工装置 | |
| CN113789713A (zh) | 钢拱桥的纵梁和拱肋成型控制方法 | |
| CN112538814A (zh) | 建桥用横向预制拼装波形钢腹板pc组合箱梁施工工艺 | |
| CN220908170U (zh) | 一种调整混凝土梁桥内力的体外预应力装置 | |
| CN216765538U (zh) | 一种箱梁 | |
| CN220394322U (zh) | 组合梁斜拉桥无索区无支架施工的扣锚索装置 | |
| CN217324962U (zh) | 超高竖向临时锚固结构 | |
| CN117188335A (zh) | 一种大跨径上承式拱桥拱肋安装施工方法 | |
| CN217925161U (zh) | 一种适用于工程竹结构的可调节预应力拉索装置 | |
| CN220246706U (zh) | 一种桥梁斜拉索张拉转换*** | |
| CN214143728U (zh) | 一种钢腰梁结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |