隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构及控制方法与流程

本发明涉及隧道套拱，具体而言，涉及隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构及控制方法。

背景技术：

1、隧道进洞段围岩普遍破碎、自稳能力差，工程中普遍采用套拱+超前长管棚的支护体系。传统套拱采用现场现浇混凝土施工，需搭设满堂支架、支设模板、绑扎钢筋并养护7-14天，模板投入占套拱总成本的40%以上，存在模板投入大、施工周期长、质量受现场条件影响大等固有缺陷。

2、为解决现浇套拱的问题，近年来出现了预制套拱技术，其核心思路是将套拱在工厂分块预制，运输至现场拼装成型，无需现场支模与养护，可大幅缩短施工周期，但是其拱段的规格均相同，导致拱脚段出现应力集中和开裂现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构及控制方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

2、第一方面，本申请提供了一种隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，包括：基础，所述基础构造为在隧道径向上彼此间隔的两个；拱脚，所述拱脚构造为分别设置于两个基础顶部的两个；拱腰，所述拱腰构造为依次设置于拱脚背离基础一侧的多个；拱顶，所述拱顶的两端分别与顶部的两个拱腰连接，所述拱脚、拱腰以及拱顶的一侧均设置有用于与管棚配合的配合孔，所述拱顶的长度大于拱腰的长度，所述拱腰的长度大于拱脚的长度；超薄液压千斤顶，所述超薄液压千斤顶设置于基础和拱脚之间且适于调节基础与拱脚之间的距离。

3、第二方面，本申请提供了一种控制方法，所述控制方法适用于第一方面所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，所述拱脚、拱腰和拱顶均为拱段，包括：周期性采集相邻所述拱段之间的压力数据以及倾角数据；基于一个周期内相邻所述拱段之间的压力数据和基准值，计算对应周期内的压力相对偏差；基于一个周期内所述拱顶左侧的压力数据、拱顶右侧的压力数据和基准值，计算对应周期内的左右不均匀度；在预设的连续周期数量内，若所述倾角数据超过第一预设值、压力相对偏差超过第二预设值和/或左右不均匀度超过第三预设值，则基于预设的优先级策略控制所述超薄液压千斤顶工作；在所述超薄液压千斤顶工作次数达到第四预设值时，基于两侧的超薄液压千斤顶的动作量、压力数据变化速率最小的压力相对偏差和预设的基准变化率，计算修正量；基于所述修正量控制两侧的超薄液压千斤顶工作。

4、本发明的有益效果为：

5、根据本申请的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其差异化分块使结构受力更合理，有效降低了拱脚的应力集中和开裂风险，提升了整体刚度和承载能力，延长了使用寿命，同时其设置的超薄液压千斤顶可以调节整体的高程与倾角，以使得本申请的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构可以适应不同场景的地形，同时在隧道施工及后续运营中，其可以针对地形的不均匀沉降以及围岩压力的变化，适应性调节基础与拱脚之间的距离，从而适应性调节本申请的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构的高程与倾角，以实现自适应纠偏，提升了本申请的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构在复杂地质条件下长期服役的安全性和可靠性。

6、本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

1.一种隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其特征在于，所述拱脚（2）对应环向上的角度为α1，满足：0°≤α1≤20°，所述拱腰（3）对应环向上的角度为α2，满足：15°≤α2≤30°，所述拱顶（4）对应环向上的角度为α3，满足：20°≤α3≤40°。

3.根据权利要求1所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其特征在于，所述拱脚（2）和拱腰（3）背离基础（1）的一侧均设置有第一定位部，所述拱腰（3）朝向基础（1）的一侧设置有适于与第一定位部配合的第二定位部，所述拱顶（4）的两端分别设置有适于与第一定位部配合的第二定位部。

4.根据权利要求3所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其特征在于，所述第一定位部与第二定位部中的一个构造为定位块（6），所述第一定位部与第二定位部中的另一个构造为适于收容定位块（6）的定位槽（7）。

5.根据权利要求3所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，其特征在于，所述第一定位部的两侧分别设置有剪力块（8），所述第二定位部的两侧分别设置有适于收容剪力块（8）的剪力槽（9）。

6.一种控制方法，所述控制方法适用于权利要求1-5中任意一项所述的隧道进洞用模块化差异化拼装预制套拱结构，所述拱脚（2）、拱腰（3）和拱顶（4）均为拱段，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述周期性采集相邻所述拱段之间的压力数据以及倾角数据，包括：

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述在预设的连续周期数量内，若所述倾角数据超过第一预设值、压力相对偏差超过第二预设值和/或左右不均匀度超过第三预设值，则基于预设的优先级策略控制所述超薄液压千斤顶（5）工作，包括：

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述基于预设的优先级策略控制所述超薄液压千斤顶（5）工作，包括：

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述在所述超薄液压千斤顶（5）工作次数达到第四预设值时，基于两侧的超薄液压千斤顶（5）的动作量计算修正量，包括：