[发明专利]沉管隧道基础施工状态时空监测方法和系统

说明书

本发明提供了一种沉管隧道基础状态时空监测方法和系统，通过控制激发锤自由落体敲击沉管隧道地面产生弹性波作为激发震源；利用阵列式布置检波器采集激发震源在地面结构产生的弹性波数据；去除波形数据中现场施工及海底水流对数据记录产生的噪声影响，计算各测点冲击响应能量，通过冲击响应能量评价隧道基础施工状态；时空模型重构步骤：根据沉管隧道结构特征以及所得波形评估结果，重构基础施工状态时空模型。本发明对长距离施工的沉管隧道基础状态进行快速、准确的监测，为现场施工作业提供指导。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地，涉及一种沉管隧道基础施工状态时空监测方法和系统，尤其是一种沉管隧道基础施工状态时空监测系统及空间重构方法。

背景技术

沉埋管节隧道，简称沉管隧道，是将预制管节沉放在已经挖好的基槽内，以水力压接法连接而成的隧道。在沉管隧道基础施工的过程中，通常采用灌砂、灌浆等方式进行，由于是在暗环境下作业，基础施工状态实时监测成为了施工的一大难题，如果对基础施工状态不能进行实时的监测并指导施工，隧道基础会产生严重的缺陷等问题，严重影响沉管隧道的使用和寿命，甚至产生安全隐患。

在沉管隧道基础施工中，人们通常采取传统经验法进行作业，例如专利文献CN110565693A，公开沉管隧道管段浇筑方法，包括以下步骤：S1：在城市江河旁边开挖一个临时的基坑，其中基坑的底部宽度需满足管节预制要求，基坑的深度需满足在江河水灌入之后，第一次浇筑的管段结构可以浮起；S2：在开挖的基坑底部对管段完成第一次浇筑：1)在开挖的基坑底部浇筑沉管隧道管段结构底板；2)在沉管隧道管段结构底板浇筑完毕之后，再浇筑管段首尾两端各10m范围内的隧道结构侧墙和顶板。但是由于灌砂(浆)状态无法探测，且不同施工环境下水流状态复杂，采用传统经验法会遇到很多的问题而无法达到预期的效果。

因此，研究并应用弹性波法检测技术来实现对现场施工状态的监测，对于指导现场施工作业，以延长沉管隧道的使用寿命具有极为重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种沉管隧道基础施工状态时空监测方法和系统。

根据本发明提供的一种沉管隧道基础施工状态时空监测方法，包含以下步骤：

震源激发步骤：通过控制激发装置使激发锤自由落体敲击沉管隧道地面产生弹性波作为激发震源；

数据采集步骤：利用阵列式布置检波器采集激发震源在沉管隧道地面结构产生的弹性波数据；

波形评估步骤：去除弹性波数据中的噪声影响，计算波形冲击响应能量，通过冲击响应能量定义隧道底部基础施工状态，形成波形评估结果；

时空模型重构步骤：根据沉管隧道结构特征和波形评估结果，重构基础施工状态的时空模型。

优选地，所述震源激发步骤包括：

激发控制步骤：通过控制激发锤对地面的高度，以控制激发锤自由落体时产生弹性波的冲击能量大小，所述激发锤为可拆卸落锤，多个激发锤重量相同；

检波器阵列步骤：检波器与地面接触并呈阵列式布置，各个激发锤位于四个检波器对角线中心的垂直正上方；

同时激发步骤：所有激发锤同时落下，敲击地面产生弹性波。

优选地，对于任一个激发震源，计算周围四个检波器所接收波形数据的平均值作为激发震源处的弹性波数据记录。

优选地，所述波形评估步骤包含：

波形去噪步骤：去除弹性波数据中现场施工及海底水流对数据记录产生的噪声影响，得到去噪波形数据；

计算冲击响应步骤：从去噪波形数据中提取冲击响应能量，得到沉管隧道地面结构平面上每一个激发震源所处位置对应的冲击响应能量值；