(19)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 202210991224.8 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 中交隧道工程局有限公司 地址 100102 北京市朝阳区管庄周家井大 院内世通大厦A座15层1510号 (72)发明人 张亚洲　魏驰　杨光　姚占虎　 吴双　曾德成　郝玉双　李辉　 (74)专利代理 机构 苏州创元专利商标事务所有 限公司 3210 3 专利代理师 方中 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分 析系统及方法 (57)摘要 本发明公开了超大直径盾构隧道结构的管 片环间应力分析系统及方法， 其系统包括管片内 部应力获取单元、 管片环间应力获取单元、 及消 散规律分析单元， 其中管片内部应力获取单元包 括位于每片管片纵向预埋测力钢筋上的多组钢 筋测力计； 管片环间应力获取单元包括衬垫、 测 力顶针。 本发明通过风井原位足尺模型试验， 能 够得出盾构管片环间纵向传力的消散过程规律， 从而解决环间应力分布不明、 消散规律难以获取 等难题， 而且还能够避免管片拼装时发生破损， 以及解决千斤顶收回后管片应力消散所带来的 张开、 错台量过大等问题， 此外， 试验中提供了大 量的数据， 以克服管片设计参数的取值具有一定 的随意性和盲目性的缺陷。 权利要求书2页 说明书7页 附图7页 CN 115391886 A 2022.11.25 CN 115391886 A 1.一种超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其用于在风井原位足尺模型 试验， 且保持盾构千斤顶作用下获取已经拼装管片环或待拼装 管片的应力， 其特征在于， 管 片环间应力分析系统包括： 管片内部应力获取单元， 其中所述管片内部应力获取单元包括位于每片管片纵向预埋 测力钢筋上 的多组钢筋测力计， 所述多组钢筋测力计沿着所述管片 弧长间隔分布， 每组所 述钢筋测力计有多个， 且自管片与盾构千斤顶抵触端面对齐向内间隔分布， 同时通过钢筋 测力计反馈千斤顶作用下 管片内部的应力水平； 管片环间应力获取单元， 其包括形状与 管片纵向拼接端面相似且贴合在管片纵向拼接 端面的衬垫、 沿着盾构千斤顶抵触方向延伸的多根测力顶针， 其中每个管片环包括N块首尾 拼装的弧形管片， 其中N≥6， 且为整数； 每块弧形管片具有第一弧形端面和第二弧形端面， 所述第一弧形端面为与盾构千斤顶接触的抵触端面， 所述第二弧形端面为拼装端面， 每根 所述测力顶针一端自拼装端面预埋于管片， 另一端部穿出衬垫并抵触在已拼装管片上； 消散规律分析单元， 其分别与钢筋测力计、 测力顶针信号连通， 且根据获取的应力以获 取隧道结构的环间应力分布和 消散规律。 2.根据权利要求1所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述管片在纵向上依 次划分成N段， 每段相等， 每组所述钢筋测力计对应设置在分段面 上， 且位于管片的盾构千斤顶抵触端面与第M个分段面上， 其中M为N段的中部所在的分段 面。 3.根据权利要求2所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述管片纵向预埋测力钢筋有多根， 且以所述管片环的中为圆形呈弧形分布， 其中每根 所述管片纵向预埋测力钢筋上对应设有一组所述钢筋测力计。 4.根据权利要求3所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 多根所述管片纵向预埋测力钢筋形成多个共圆心的弧形排， 其中多个所述弧形排在所 述管片厚度方向均匀间隔分布， 每根所述管片纵向预埋测力钢筋的长度至少为所述管片纵 向长度的3 /4。 5.根据权利要求4所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述的盾构千斤顶与所述管片纵向预埋测力钢筋一一对应， 且抵触在所述钢筋测力计 上； 每根所述管片纵向预埋测力钢筋自端部与所述管片的盾构千斤顶抵触端面对齐。 6.根据权利要求1所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述管片环间应力获取单元还包括土压力计、 位移计， 所述衬垫平铺在每块所述弧形管 片的拼装端面， 所述土压力计和所述位移计均设置在拼装端面， 且能够随所述衬垫在盾构 千斤顶作用力下的压缩量 获取所对应两个管片环的环间应力和相对位移， 所述消散规律分 析单元分别与所述测力顶针、 土压力计、 及位移计信息连通， 且根据获取的应力和位移数据 以获取隧道结构的环间应力分布和 消散规律。 7.根据权利要求6所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述衬垫材质为橡胶， 且厚度为4～10mm； 所述衬垫与所述拼装端面的形状相 似且自中 心对齐的安装在所述 拼装端面上。 8.根据权利要求6所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述测力顶针有四个， 且分布在所述衬垫的四角， 所述土压力计和所述位移计 分布在四权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115391886 A 2个所述测力顶针所形成的区域内； 和/或所述土压力计部分位于弧形管片 内部分位于衬垫 中， 所述位移计自所述衬垫中穿出， 且外端面与所述衬垫的外端面齐平， 其中位移计能够监 测管片环纵向和径向的位移； 和/或所述位移计为振弦式位移计， 且振弦式位移计有多个， 其中多个弦式位移计沿着拼装端面弧形中心线间隔分布； 和/或所述土压力计有多个， 且与 位移计错 位间隔分布在拼装端面弧形中心线所在区域。 9.根据权利要求6所述的超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 其特征在 于： 所述的管片环间应力获取单元还包括设置在每相 邻两个管片环拼接处的光纤光栅位移 计， 其中所述光纤光栅位移计具有两个连接端， 两个所述连接端分别与拼装后两块弧形管 片固定， 并由所述光纤光栅位移计获取拼装后相 邻两个管片环之间纵向位移； 和/或所述光 纤光栅位移计有多个， 且绕着管片环的周向均匀分布在管片环的内壁， 其中每块弧形管片 上至少分布有一个所述 光纤光栅位移计。 10.一种超大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析方法， 其特征在于： 其采用了权利 要求1至9中任一项权利要求所述的超 大直径盾构隧道结构的管片环间应力分析系统， 且包 括如下步骤： S1、 管片内部应力的获取， 其由多组钢筋测力计获得； S2、 管片环间应力的获取， 其由衬垫在盾构千斤顶作用力下的压缩量， 通过测力顶针获 取所对应管片或管片环的环间应力； S3、 隧道结构的环间应力分布和消散规律的获取， 其基于S1和S2所获得数据进行筛 除 和分析获得。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115391886 A 3