一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺的制作方法

1.本发明涉及地下结构病害治理技术领域，具体涉及一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.城市地面建筑、交通等基础设施发展规模日益壮大的同时，衍生出了噪音、拥堵、环境污染等一系列问题。城市地下空间作为城市建设发展中一种宝贵资源，其开发和利用可为城市基础设施、生活服务提供新的空间，并可有效缓解上述问题。目前，常见的城市地下空间工程主要包括地下铁道、地下隧道、地下综合管廊、过街地下通道、地下商业综合体、地下人防工程、地下房屋或其他各种地下构筑物。
4.在各类地下空间开发与地下结构工程修建过程中，不可避免的会穿过一些人工杂填土、湿陷性黄土、膨胀土、软粘性土、淤泥质土、富水砂层、承压水地层等各种不良地层。待地下结构修建完毕后，由于长期埋藏于地下，受地下水、地面交通荷载、邻近开挖扰动影响，以及不良软弱地层难以对地下结构提供稳定可靠地基承载力等原因影响，在地下结构长期运营过程中，将不可避免的会出现非均匀沉降问题，极易引发结构开裂、破损及渗透漏水等各种次生病害，严重影响地下结构的安全和正常使用。
5.发明人发现，地下结构修建完毕后属于地下隐蔽工程，由于影响非均匀沉降病害的因素较多，导致目前关于地下结构非均匀沉降病害的检测与治理方面，尚存在以下不足：（1）目前尚缺少成套有效的预警检测技术与科学评判方法支撑，难以对潜在可能出现非均匀沉降病害的部位进行有效长期的实时监测，且不能基于实时监测的数据，对非均匀沉降病害过程演化特征进行实时评判，并对未来非均匀沉降病害发展趋势进行有效预测；（2）目前利用常规技术在对地下结构非均匀沉降病害检测评价时，往往仅将某一时刻获取的非均匀沉降变形值与允许值进行对比，来判断是否存在病害问题，未融合考虑病害的过程演化特征与未来的发展趋势，关于非均匀沉降病害检测评价方法与评价指标标准，需进一步深入研究与优化；（3）在地下结构非均匀沉降病害治理方面，由于地下结构埋藏于地下，属于隐蔽性工程，本身地下结构外表面包含防水层，为保护外防水层不被破坏，使得治理过程难以从地下结构内部对其进行实施处理，因此目前关于地下结构非均匀沉降病害治理技术与方法尚不成熟，这也是目前行业领域需面临的一个技术难题；（4）目前基于传统认知与传统技术方法，认为地下结构非均匀沉降病害修复治理后，即标志着治理结束，并未考虑或关注长期修复治理效果，导致某些地下结构病害问题反反复复多次出现；对地下结构病害修复而言，应从全寿命周期角度出发进行综合考虑，应对修复治理效果进行长期有效科学检测评价，才可有效保障地下结构的长久健康运营。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺，可有效实现非均匀沉降病害特征数据的实时监测与预警评价，并有效解决非均匀沉降病害治理难题，同时通过非均匀沉降病害修复治理效果定量评价指标与方法，还可实现修复后地下结构安全运维状态的定量评价，指导地下结构非均匀沉降病害的科学修复治理，解决了地下结构非均匀沉降病害目前缺乏有效定量预警及治理检测技术的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：第一方面，本发明提出一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺，包括以下步骤：步骤1：待地下结构建造完毕后，在预测发生非均匀沉降病害的部位两侧安装沉降位移监测传感器，以监测该部位两侧的非均匀沉降位移值，并绘制与监测时间的监测历程曲线；步骤2：利用多种数学函数对监测历程曲线进行曲线拟合，比选确定与该监测历程曲线对应的最优拟合曲线与最优拟合函数表达式；步骤3：根据监测历程曲线，得到监测终了时刻对应的非均匀沉降位移监测值，并根据最优拟合曲线与最优拟合函数表达式，计算得到未来某一时刻对应的非均匀沉降位移预测值；步骤4：将监测值与预测值与非均匀沉降位移允许值进行比对，对该部位非均匀沉降病害程度进行预警评价，评判是否需进行修复治理；步骤5：针对需进行非均匀沉降病害修复治理的部位，利用注浆提升法或挤密加固法，对该部位产生较大沉降位移的一侧地下结构进行修复治理；步骤6：修复治理过程中，当该部位两侧非均匀沉降位移值小于允许值时，说明修复治理完成，记录修复治理完成时刻对应的非均匀沉降位移监测值；步骤7：待该部位非均匀沉降病害修复治理完成后的某一时刻，记录时刻对应的非均匀沉降位移监测值，建立该部位病害修复治理效果定量评价指标，并与指标允许值进行对比，定量评判该部位非均匀沉降病害的修复治理效果。
8.上述本发明的有益效果如下：（1）本发明通过在潜在发生非均匀沉降部位两侧安装沉降位移监测传感器，可实时自动记录该部位地下结构非均匀沉降监测数据，实时掌握地下结构的病害发展特征与安全运维状态，具有病害监测效率高、劳动强度低等优势，提升了地下结构安全运维的信息化与智能化管理水平。
9.（2）本发明通过对监测数据曲线进行拟合获取最优拟合曲线，并结合监测终了时刻与未来某一时刻的非均匀沉降值，对非均匀沉降病害的病害程度与未来发展趋势进行综合预警，来评判是否存在病害与是否需要进行病害治理，而非传统的仅仅将某一时刻检测
值与允许值进行简单对比，可有效实现对地下结构非均匀沉降病害程度的定量预测及评价，使地下结构非均匀沉降病害预警防控更高效科学。
10.（3）本发明针对地下结构非均匀沉降病害，提出了基于注浆提升法或挤密加固法的成套修复工艺方法，该修复治理工艺是在地下结构外部实施的，可避免破坏地下结构主体表面外防水层，实现非均匀沉降病害的科学合理修复，解决了地下结构非均匀沉降病害的治理难题。
11.（4）本发明提出了非均匀沉降病害修复治理效果的定量评价指标，为修复治理后不同时刻非均匀沉降值的相对变化值，相较于修复后单纯某一时刻的非均匀沉降值，更能有效反映非均匀沉降值的变化幅度、变化速率与发展趋势，也更适合地下结构长期运维过程，进一步实现了修复治理后地下结构安全运维状态的定量评价，指导了地下结构非均匀沉降病害的科学修复治理。
附图说明
12.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
13.图1是本发明提出的一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺的流程示意图；图2是本发明沉降位移监测传感器的安装位置示意图；图3是本发明最优拟合曲线与最优拟合函数表达式比选确定的示意图；图4是本发明采用注浆提升法修复治理非均匀沉降病害示意图；图5是本发明采用挤密加固法修复治理非均匀沉降病害示意图；图6是本发明采用挤密加固法修复治理非均匀沉降病害后的效果示意图；图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；其中，1、地下结构；2、变形缝；3、沉降位移监测传感器；4、监测历程曲线；5、注浆孔；6、注浆管；7、止浆塞；8、注浆浆液充填区域；9、挤密孔；10、充填材料。
具体实施方式
14.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
15.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
16.正如背景技术所介绍的，由于影响地下结构非均匀沉降病害问题的影响因素较多，缺乏成套有效的综合定量预警及治理监测工艺，为了解决上面所述的技术问题，本发明提出了一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺，实现了对地下结构非均匀沉降病害的检测、预警、修复及修复治理效果的定量评价。
17.对地下结构而言，由于埋藏于地表以下，潜在可能发生非均匀沉降病害的部位易
出现于施工缝、沉降缝、伸缩缝或变形缝、地下结构断面尺寸变化处、地下结构覆土厚度变化处、地层条件差异变化处、上部地表荷载产生变化处、临界开挖施工扰动影响处等位置。针对该种病害问题，本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图6所示，提出一种用于地下结构非均匀沉降病害的预警治理与检测工艺，可实现对地下结构非均匀沉降定量检测与治理效果的定量评价。具体包括以下步骤：（一）非均匀沉降位移原位监测步骤1：待现场地下结构1施工建造完毕后，在潜在可能发生非均匀沉降病害的部位（即根据工程经验与现场工程实际预测确定的可能会发生非均匀沉降的部位，如图2某地下结构变形缝2）两侧分别安装沉降位移监测传感器3，监测该部位两侧的非均匀沉降位移值；其中，非均匀沉降位移监测值为安装于地下结构1潜在可能发生非均匀沉降病害部位两侧的沉降位移监测传感器3对应的竖向沉降位移监测数据值之差的绝对值。
18.通过在潜在发生非均匀沉降部位两侧安装沉降位移监测传感器，可实时自动记录该部位地下结构1非均匀沉降监测数据，实时掌握地下结构1的病害发展特征与安全运维状态，具有病害监测效率高、劳动强度低等优势，提升了地下结构1安全运维的信息化与智能化管理水平。
19.步骤2：根据步骤1得到的非均匀沉降位移监测值，绘制非均匀沉降位移监测值与监测时间的监测历程曲线4，如图3所示。
20.（二）非均匀沉降病害预警评价步骤3：根据步骤1、步骤2得到的监测历程曲线4，利用多种数学函数对该监测历程曲线进行曲线拟合，比选确定与该监测历程曲线对应的最优拟合曲线与最优拟合函数表达式；最优拟合曲线与最优拟合函数表达式的比选确定方法为：将步骤2得到的监测历程曲线对应的监测数据导入matlab或origin或spss等软件中，利用多种数学函数分别对监测数据进行曲线拟合，得到各拟合函数表达式及相关系数，并根据相关系数的大小比选确定最优拟合函数表达式与最优拟合曲线；其中，相关系数的绝对值越接近1，则说明该拟合函数曲线与监测历程曲线的相关关系越显著；相关系数的绝对值最接近于1时，对应的拟合函数表达式为最优拟合函数表达式，对应的拟合函数曲线为最优拟合曲线。
21.具体的，在利用多种数学函数对监测历程曲线4拟合时，可采用的拟合函数包括但不限于线性函数、双曲线函数、幂函数、指数函数、对数函数。
22.本实施例中，采用4种函数对步骤2得到的监测历程曲线4进行拟合，具体过程可通过将监测数据导入matlab或origin或spss等软件中进行拟合。
23.本实施例4种拟合函数分别为双曲线函数、幂函数、指数函数、对数函数，经拟合后得到的4个拟合函数表达式及对应相关系数分别为：双曲线函数表达式，相关系数；幂函数表达式，相关系数；
指数函数表达式，相关系数；对数函数表达式，相关系数。
24.可以理解的是，在其他实施例中所采用的拟合函数的数量及种类根据实际需求进行选择，这里不做过多限制。
25.由于相关系数的绝对值越接近1，说明该拟合函数曲线与监测历程曲线4的相关关系越显著；相关系数的绝对值最接近于1时，此时对应的拟合函数表达式为最优拟合函数表达式，对应的拟合函数曲线为最优拟合曲线。
26.因此，通过对比上述4种拟合函数及相关系数大小，可以看到双曲线函数对应的相关系数最接近于1，则与监测历程曲线4对应的双曲线函数表达式为最优拟合函数表达式，对应的拟合函数曲线为最优拟合曲线，如图3所示，利用该最优曲线，即可计算得到未来某一时刻对应的非均匀沉降位移预测值。
27.步骤4：根据监测历程曲线4，得到监测终了时刻对应的非均匀沉降位移监测值，并根据最优拟合曲线与最优拟合函数表达式，计算得到未来某一时刻对应的非均匀沉降位移预测值；本实施例中选择第80天为监测终了时刻，第93天为未来的监测时刻为例进行说明。
28.即，当=80天时，监测历程曲线4对应的监测终了时刻（=80天）的非均匀沉降位移监测值为12.251mm；进一步的，将未来=93天带入最优拟合函数表达式（双曲线函数表达式），可求得未来第93天时对应的非均匀沉降位移预测值，得到=12.939mm。
29.步骤5：根据步骤4得到的监测值与预测值，并结合监测部位非均匀沉降位移允许值，对该监测部位地下结构1非均匀沉降病害程度进行预警评价，具体包括以下情形：a．若，则该部位存在非均匀沉降病害问题，需进行修复治理；b．若，且，则该部位将会出现非均匀沉降病害问题，需进行修复治理；c．若，且，则该部位无非均匀沉降病害问题，无需进行修复治理。
30.通过对监测数据曲线进行拟合获取最优拟合曲线，并结合监测终了时刻与未来某一时刻的非均匀沉降值，对非均匀沉降病害的病害程度与未来发展趋势进行综合预警，来评判是否存在病害与是否需要进行病害治理，而非传统的仅仅将某一时刻检测值与允许值
进行简单对比，可有效实现对地下结构非均匀沉降病害程度的定量预测及评价，使地下结构非均匀沉降病害防控更高效科学。
31.（三）非均匀沉降病害修复治理步骤6：针对步骤5中确定的需进行非均匀沉降病害修复治理的部位，利用注浆提升法或挤密加固法等方式，对该部位产生较大沉降位移的一侧进行修复治理；如图4所示，步骤6中注浆提升法具体包括以下步骤：a. 在出现沉降位移值较大一侧的地下结构1下部，以合理间距向该侧地下结构1下部地层内施打注浆孔5；b. 将注浆管6插入注浆孔5内，并在注浆孔5孔口处安装止浆塞7，以防止注浆过程中浆液沿孔口外漏；c．待注浆管6连接完毕后，遵从少量、多次的原则，对沉降位移较大一侧地下结构1底部地层进行高压注浆，形成注浆浆液充填区域8；d. 在注浆过程中，该侧地下结构1受注浆浆液压力作用产生提升，并利用步骤1中已经安装的沉降位移监测传感器3，实时监测该侧地下结构1沉降位移值变化；e. 当该病害修复治理部位对应的非均匀沉降位移监测值小于允许值时，注浆结束，移除注浆装置；f. 待注浆浆液在地层中完全凝固后，完成该部位地下结构1非均匀沉降病害的修复治理。
32.如图5、图6所示，步骤6中挤密加固法具体包括以下步骤：a＇. 在出现沉降位移值较大一侧的地下结构1下部，以合理间距向该侧地下结构1下部地层内施打挤密孔9；b＇. 向挤密孔9内置入砂或碎石等充填材料10；c＇. 利用机械锤击或振动挤压等方式对挤密孔9内充填材料10进行挤压，使充填材料10挤压周边地层岩土体，以实现沉降位移较大一侧地下结构1在挤压作用下产生提升；d＇. 在挤压过程中，利用步骤1中已经安装的沉降位移监测传感器3监测该侧地下结构1沉降位移值变化；e＇. 当该病害修复治理部位对应的非均匀沉降位移值小于允许值时，挤压结束；f＇. 挤压结束后，向挤密孔9内充注水泥浆液，以使水泥浆液与充填材料10混合凝固形成整体；g＇. 待挤密孔9内水泥浆液完全凝固后，完成该部位地下结构1非均匀沉降病害的修复治理。
33.本实施例基于注浆提升法或挤密加固法形成成套的修复工艺方法，该修复治理工艺是在地下结构外部实施的，可避免破坏地下结构主体表面外防水层，实现非均匀沉降病害的修复治理，有效解决了地下结构非均匀沉降病害的治理难题。在实际工程中，当地层孔隙率较高并易于注浆时，可优先选择注浆提升法进行修复治理，当地层较为软弱且孔隙不发育、较难注浆时，可优先选择挤密加固法进行修复治理。
34.步骤7：在修复治理过程中，当进行非均匀沉降病害修复治理的部位两侧非均匀沉
降位移值小于允许值时，则说明修复治理完成，并记录修复治理完成时刻对应的非均匀沉降位移监测值，即利用步骤1中已经安装的沉降位移监测传感器3监测修复治理完成时刻该部位的沉降位移监测值。
35.（四）非均匀沉降病害修复治理效果评价步骤8：待进行修复治理的部位非均匀沉降病害修复治理完成后的某一时刻，记录该时刻对应的非均匀沉降位移监测值，即利用步骤1中已经安装的沉降位移监测传感器3监测时刻该部位的沉降位移监测值；步骤9：根据步骤7、步骤8得到的时刻与时刻对应的非均匀沉降位移监测值与，建立修复治理的部位病害修复治理效果定量评价指标；步骤10：将步骤9建立的病害修复治理效果定量评价指标与指标允许值进行对比，定量评判该部位非均匀沉降病害的修复治理效果，若，则表示修复治理效果良好；若，则表示修复治理效果不良，需重复步骤6，继续进行修复治理。
36.其中，非均匀沉降病害修复治理效果的定量评价指标的计算公式为：；病害修复治理效果指标允许值应为结合具体地下结构类型、尺寸、埋深，以及非均匀沉降对地下结构安全及使用要求影响程度，进行综合确定的一个工程经验值。
37.本实施例中非均匀沉降病害修复治理效果的定量评价指标为修复治理后不同时刻非均匀沉降值的相对变化值，相较于修复后单纯某一时刻的非均匀沉降值，更能有效反映非均匀沉降值的变化幅度、变化速率与发展趋势，也更适合地下结构长期运维过程，进一步实现了修复治理后地下结构安全运维状态的定量评价，指导了地下结构非均匀沉降病害的科学修复治理。
38.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。