專利名稱：盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機械檢測技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種盾構(gòu)隧道施工地表沉 降仿真檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在盾構(gòu)施工過程中，地表沉降是施工安全中最重要的參考指標，尤其是當隧道上 方地表存在建筑物時，較大范圍的地表沉降不僅能使地表建筑物擾動偏斜，而且很可能導 致隧道施工過程中的塌陷和冒頂，對地表沉降進行實時監(jiān)測是隧道施工過程中非常重要的 一項技術(shù)。針對地表沉降，有多種控制系統(tǒng)在施工中應用。對地表沉降控制的施工工法以及地表沉降的硬件檢測系統(tǒng)較多，但很少涉及虛擬 仿真。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利號ZL200620019599.4，名稱為差動式光 纖Bragg光柵沉降儀，該技術(shù)通過光電測量器件，可實現(xiàn)對地表沉降的遠距離檢測。分別將 懸臂梁和沉降墩放置于待測地表位置，通過沉降墩地表將沉降的位移量轉(zhuǎn)變?yōu)閼冶哿旱淖?形，使分別粘貼在懸臂梁上、下表面的光纖Bragg光柵的Bragg波長發(fā)生移位，再用普通光 纖光柵分析儀獲取兩根光纖Bragg光柵的Bragg波長移位量，將測量結(jié)構(gòu)進行差動運算，從 而得到待測地表沉降量。中國申請專利控制基坑施工過程中周圍地表沉降的施工方法和 淺埋下穿高速公路不均勻地層超大斷面隧道的初期支護構(gòu)造，側(cè)重于從施工工法以及結(jié)構(gòu) 構(gòu)造方面控制施工過程中的地表沉降。但由于開發(fā)原理的差別，使得上述系統(tǒng)或者構(gòu)成偏 于復雜、多種組成設備成本很高；或者系統(tǒng)的運用，僅能面向施工過程，在應用過程中被動 控制地表沉降量，雖然能很好的控制地表沉降，但屬于一種典型的被動防范方法，缺乏對施 工過程中地表沉降的提前預處理能力。一旦施工過程中出現(xiàn)較大地表沉降，即便能實時處 理，依然會給施工過程帶來較大的困難和風險，因此地表沉降的提前預處理在盾構(gòu)隧道施 工過程中具有較大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿 真檢測系統(tǒng)，通過虛擬仿真，實現(xiàn)了對施工過程中地表沉降的預先檢測，具有主動防范地表 沉降過大的功能，且脫離對硬件設備的依賴，固而省去了其高昂的購買和維護成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括隧道施工力學建模模塊、地質(zhì)勘 測數(shù)據(jù)輸入模塊、隧道施工參數(shù)管理模塊、地表沉降虛擬檢測模塊、存儲模塊和數(shù)據(jù)處理模 塊，其中隧道施工力學建模模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工 力學模型信息，地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸勘測的地質(zhì)數(shù)據(jù) 信息，隧道施工參數(shù)管理模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工參數(shù) 信息，地表沉降虛擬檢測模塊與存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信息，存儲模塊 與數(shù)據(jù)處理模塊相連對存儲的信息進行處理傳輸經(jīng)處理的信息。所述的施工力學模型信息是指軸心線模型信息、土體力學模型信息、隧道力學模型信息和交互力學模型信息。所述的施工參數(shù)信息是指泥土壓力信息、外水壓力信息、泥水壓力信息、掘進速 度數(shù)據(jù)信息和千斤頂推力信息。所述的地表沉降虛擬檢測數(shù)據(jù)信息是指地表沉降虛擬檢測信息、土體力學信息、 隧道力學信息和隧道土體交互力學信息。所述的隧道施工力學建模模塊包括軸心線模型子模塊、土體力學模型子模塊、隧 道力學模型子模塊和交互力學模型子模塊，其中軸心線模型子模塊分別與地表沉降虛擬 檢測模塊和存儲模塊相連傳輸軸線坐標信息，土體力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢 測模塊和存儲模塊相連傳輸土體力學信息，隧道力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測 模塊和存儲模塊相連傳輸隧道力學信息，交互力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模 塊和存儲模塊相連傳輸隧道土體交互力學信息。所述的隧道施工參數(shù)管理模塊包括土壓數(shù)據(jù)子模塊、水壓數(shù)據(jù)子模塊、泥水壓力 數(shù)據(jù)子模塊、掘進數(shù)據(jù)子模塊和千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊，其中土壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表 沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸泥土壓力信息，水壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛 擬檢測模塊和存儲相連傳輸外水壓力信息，泥水壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測 模塊和存儲模塊相連傳輸泥水壓力信息，掘進數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和 存儲模塊相連傳輸掘進速度數(shù)據(jù)信息，千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模 塊和存儲模塊相連傳輸千斤頂推力信息。所述的地表沉降虛擬檢測模塊包括搭建虛擬環(huán)境子模塊、模擬盾構(gòu)機施工子模 塊和虛擬檢測執(zhí)行子模塊，其中搭建虛擬環(huán)境子模塊與隧道施工力學建模模塊相連傳輸 隧道施工力學模型信息，模擬盾構(gòu)機施工子模塊與搭建虛擬環(huán)境子模塊相連傳輸虛擬施工 環(huán)境信息，模擬盾構(gòu)機施工子模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸施工參數(shù)信息，虛擬 檢測執(zhí)行子模塊與模擬盾構(gòu)機施工子模塊相連傳輸虛擬檢測信息，虛擬檢測執(zhí)行子模塊與 存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信息。所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括查詢子模塊、添加子模塊和刪除子模塊，其中查詢子 模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)查詢信息，添加子模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)添加信息， 刪除子模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)刪除信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)盾構(gòu)施工過程地表沉降的虛擬檢測， 對盾構(gòu)機施工具有很好的指導作用，是一種典型的主動防范系統(tǒng)，能夠避免施工過程中出 現(xiàn)較大地表沉降，并減少施工過程中的困難和風險；適用范圍廣，擺脫了對檢測硬件的依 賴，大大降低了系統(tǒng)的構(gòu)造成本和維護成本，因此本發(fā)明在盾構(gòu)隧道施工過程中具有重大
眉、ο


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方案和過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例如圖1所示，本實施例包括隧道施工力學建模模塊、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊、隧 道施工參數(shù)管理模塊、地表沉降虛擬檢測模塊、存儲模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，其中隧道施工 力學建模模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工力學模型信息，地質(zhì) 勘測數(shù)據(jù)輸入模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸勘測的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，隧道施工參數(shù) 管理模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工參數(shù)信息，地表沉降虛擬 檢測模塊與存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信息，存儲模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連 對存儲的信息進行處理傳輸經(jīng)處理的信息。所述的施工力學模型信息包括軸心線模型信息、土體力學模型信息、隧道力學模 型信息和交互力學模型信息。所述的施工參數(shù)信息包括泥土壓力信息、外水壓力信息、泥水壓力信息、掘進速 度數(shù)據(jù)信息和千斤頂推力信息。所述的地表沉降虛擬檢測數(shù)據(jù)信息包括地表沉降虛擬檢測信息、土體力學信息、 隧道力學信息和隧道土體交互力學信息。所述的隧道施工力學建模模塊包括軸心線模型子模塊、土體力學模型子模塊、隧 道力學模型子模塊和交互力學模型子模塊，其中軸心線模型子模塊分別與地表沉降虛擬 檢測模塊和存儲模塊相連傳輸軸線坐標信息，土體力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢 測模塊和存儲模塊相連傳輸土體力學信息，隧道力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測 模塊和存儲模塊相連傳輸隧道力學信息，交互力學模型字模塊分別與地表沉降虛擬檢測模 塊和存儲模塊相連傳輸隧道土體交互力學信息。所述的軸心線模型子模塊實現(xiàn)隧道軸心先模型的建模。所述的土體力學模型子模塊實現(xiàn)隧道周圍土體模型建模。所述的隧道力學模型子模塊實現(xiàn)隧道模型建模。所述的交互力學模型子模塊實現(xiàn)隧道和土體間交互作用的模型建模。本實施例中軸心線模型子模塊通過三維CAD平臺ftx)/Engineer Wildfire 2. 0實 現(xiàn)，土體力學模型子模塊、隧道力學模型子模塊和交互力學模型子模塊通過三維力學建模 平臺 Hypermesh 10. 0 實現(xiàn)。所述的隧道施工參數(shù)管理模塊包括土壓數(shù)據(jù)子模塊、水壓數(shù)據(jù)子模塊、泥水壓力 數(shù)據(jù)子模塊、掘進數(shù)據(jù)子模塊和千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊，其中土壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表 沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸泥土壓力信息，水壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛 擬檢測模塊和存儲相連傳輸外水壓力信息，泥水壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測 模塊和存儲模塊相連傳輸泥水壓力信息，掘進數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和 存儲模塊相連傳輸掘進速度數(shù)據(jù)信息，千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模 塊和存儲模塊相連傳輸千斤頂推力信息。所述的土壓數(shù)據(jù)子模塊實現(xiàn)土體壓力的計算。所述的水壓數(shù)據(jù)子模塊實現(xiàn)水壓的計算。所述的泥水壓力數(shù)據(jù)子模塊實現(xiàn)泥水壓力的計算。所述的掘進數(shù)據(jù)子模塊實現(xiàn)盾構(gòu)機掘進速度的選取定義。所述的千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊實現(xiàn)千斤頂壓力的計算和實施。
本實施例中隧道施工參數(shù)管理模塊功能通過AnSyS12. 0平臺下APDL程序語言開 發(fā)的自主程序?qū)崿F(xiàn)。所述的地表沉降虛擬檢測模塊包括搭建虛擬環(huán)境子模塊、模擬盾構(gòu)機施工子模 塊和虛擬檢測執(zhí)行子模塊，其中搭建虛擬環(huán)境子模塊與隧道施工力學建模模塊相連傳輸 隧道施工力學模型信息，模擬盾構(gòu)機施工子模塊與搭建虛擬環(huán)境子模塊相連傳輸虛擬施工 環(huán)境信息，模擬盾構(gòu)機施工子模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸施工參數(shù)信息，虛擬 檢測執(zhí)行子模塊與模擬盾構(gòu)機施工子模塊相連傳輸虛擬檢測信息，虛擬檢測執(zhí)行子模塊與 存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信息。所述的搭建虛擬環(huán)境子模塊實現(xiàn)盾構(gòu)機施工環(huán)境的虛擬還原。所述的模擬盾構(gòu)機施工子模塊實現(xiàn)盾構(gòu)機施工過程的模擬。所述的虛擬檢測執(zhí)行子模塊實現(xiàn)盾構(gòu)機虛擬施工過程地表沉降的虛擬檢測。本實施例中地表沉降虛擬檢測模塊通過AnSyS12. 0平臺下APDL程序語言開發(fā)的 自主程序?qū)崿F(xiàn)。所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括查詢子模塊、添加子模塊和刪除子模塊，其中查詢子 模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)查詢信息，添加子模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)添加信息， 刪除子模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)刪除信息。本實施例的工作過程是首先，隧道施工力學建模模塊建立隧道施工力學模型，包 括隧道軸心線模型、土體力學模型、隧道力學模型和交互力學模型；然后，隧道施工參數(shù)管 理模塊選取并計算相應工況條件下的施工參數(shù)，包括土體壓力數(shù)據(jù)、外水壓力數(shù)據(jù)、泥水壓 力水局、盾構(gòu)機掘進速度數(shù)據(jù)和千斤頂壓力數(shù)據(jù)；最后，地表沉降虛擬檢測模塊完成盾構(gòu)機 施工過程的虛擬模擬，同時在虛擬施工過程中完成地表沉降虛擬檢測。在整個工作過程中， 數(shù)據(jù)處理模塊相對較獨立，實現(xiàn)對所存儲數(shù)據(jù)的管理，可以在系統(tǒng)工作的任何階段執(zhí)行其 功能。本實施例采用良好的交互界面，實現(xiàn)了用戶和系統(tǒng)之間的交互，并且完全在可視 化的環(huán)境中實現(xiàn)各模塊的功能，更直觀簡便。此外，系統(tǒng)擺脫了對檢測硬件的依賴，大大降 低了系統(tǒng)的構(gòu)造成本和維護成本，用戶只需通過操作界面的交互即可完成所有工作，操作 方便，可靠性、可控性更好。同時該系統(tǒng)可以實現(xiàn)盾構(gòu)施工前地表沉降的虛擬檢測，對盾構(gòu) 施工具有很好的指導作用，是一種典型的主動防范系統(tǒng)。能夠在一定程度上避免過大地表 沉降，減少施工過程中的困難和風險。
權(quán)利要求
1.一種盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括隧道施工力學建模 模塊、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊、隧道施工參數(shù)管理模塊、地表沉降虛擬檢測模塊、存儲模塊 和數(shù)據(jù)處理模塊，其中隧道施工力學建模模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊 相連傳輸施工力學模型信息，地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸勘 測的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，隧道施工參數(shù)管理模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連 傳輸施工參數(shù)信息，地表沉降虛擬檢測模塊與存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信 息，存儲模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連對存儲的信息進行處理傳輸經(jīng)處理的信息；所述的施工 力學模型信息是指軸心線模型信息、土體力學模型信息、隧道力學模型信息和交互力學模 型信息；所述的施工參數(shù)信息是指泥土壓力信息、外水壓力信息、泥水壓力信息、掘進速 度數(shù)據(jù)信息和千斤頂推力信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的地 表沉降虛擬檢測數(shù)據(jù)信息是指地表沉降虛擬檢測信息、土體力學信息、隧道力學信息和隧 道土體交互力學信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的隧 道施工力學建模模塊包括軸心線模型子模塊、土體力學模型子模塊、隧道力學模型子模塊 和交互力學模型子模塊，其中軸心線模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模 塊相連傳輸軸線坐標信息，土體力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊 相連傳輸土體力學信息，隧道力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相 連傳輸隧道力學信息，交互力學模型子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連 傳輸隧道土體交互力學信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的隧 道施工參數(shù)管理模塊包括土壓數(shù)據(jù)子模塊、水壓數(shù)據(jù)子模塊、泥水壓力數(shù)據(jù)子模塊、掘進 數(shù)據(jù)子模塊和千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊，其中土壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模 塊和存儲模塊相連傳輸泥土壓力信息，水壓數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存 儲相連傳輸外水壓力信息，泥水壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊 相連傳輸泥水壓力信息，掘進數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳 輸掘進速度數(shù)據(jù)信息，千斤頂壓力數(shù)據(jù)子模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相 連傳輸千斤頂推力信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的地 表沉降虛擬檢測模塊包括搭建虛擬環(huán)境子模塊、模擬盾構(gòu)機施工子模塊和虛擬檢測執(zhí)行 子模塊，其中搭建虛擬環(huán)境子模塊與隧道施工力學建模模塊相連傳輸隧道施工力學模型 信息，模擬盾構(gòu)機施工子模塊與搭建虛擬環(huán)境子模塊相連傳輸虛擬施工環(huán)境信息，模擬盾 構(gòu)機施工子模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸施工參數(shù)信息，虛擬檢測執(zhí)行子模塊與 模擬盾構(gòu)機施工子模塊相連傳輸虛擬檢測信息，虛擬檢測執(zhí)行子模塊與存儲模塊相連傳輸 地表沉降虛擬檢測數(shù)據(jù)信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的數(shù) 據(jù)處理模塊包括查詢子模塊、添加子模塊和刪除子模塊，其中查詢子模塊與存儲模塊相 連傳輸數(shù)據(jù)查詢信息，添加子模塊與存儲模塊相連傳輸數(shù)據(jù)添加信息，刪除子模塊與存儲 模塊相連傳輸數(shù)據(jù)刪除信息。
全文摘要
一種機械檢測技術(shù)領(lǐng)域的盾構(gòu)隧道施工地表沉降仿真檢測系統(tǒng)，包括隧道施工力學建模模塊、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊、隧道施工參數(shù)管理模塊、地表沉降虛擬檢測模塊、存儲模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，隧道施工力學建模模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工力學模型信息，地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)輸入模塊與隧道施工參數(shù)管理模塊相連傳輸勘測的地質(zhì)數(shù)據(jù)信息，隧道施工參數(shù)管理模塊分別與地表沉降虛擬檢測模塊和存儲模塊相連傳輸施工參數(shù)信息，地表沉降虛擬檢測模塊與存儲模塊相連傳輸?shù)乇沓两堤摂M檢測數(shù)據(jù)信息，存儲模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連對存儲的信息進行處理傳輸經(jīng)處理的信息。本發(fā)明能夠主動模擬防范地表沉降，實現(xiàn)災害的預防。
文檔編號E21D9/00GK102071944SQ20101059255
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉泉維, 張偉偉, 楊紀彥, 楊顏志, 王華偉, 王守慧, 王新, 金先龍, 陳健 申請人:上海交通大學, 中鐵十四局集團有限公司