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基于无线监测技术的盾构隧道施工期衬砌变形和地层扰动研究
| 论文题名： | 基于无线监测技术的盾构隧道施工期衬砌变形和地层扰动研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;施工期;衬砌变形;地层扰动;无线监测 |
| 摘要： | 近些年来，轨道交通的发展成为基础建设中不可或缺的部分，其中盾构法隧道因其无需额外占地，对地面交通影响小，施工效率高、适应性强等特点，被广泛用于城市地铁建设。在地铁工程建设过程中，施工监测对于工程的安全至关重要，传统的人工监测方式，由于人力不足等因素，对于施工环境无法做到详细准确的监测，对于可能存在的危险隐患无法及时发掘，大大提高了项目的安全风险，而无线传感网络（Wireless Sensing Network, WSN）技术，其具有操作简单、布设方便、智能化且自动化程度高等优点。能够实现自动化、实时和远距离无障碍安全预警，快速获取监测结构的状态数据，提高建设期安全性。本文依托项目为深圳市城市轨道交通 13 号线二期（北延）工程，以研究盾构隧道无线传感器的最佳断面安装位置、建立以及优化隧道内无线传感网络布局方案为主要目标。采用的手段包括但不限于室内试验、现场试验、数值模拟等方法，主要的研究内容如下： （1）通过现场试验，从仪器精度视角探究了无线传感器之间在隧道内的极限传输距离和稳定传输距离。通过室内试验传感器组网的能耗进行了探究，结果表明无线传感器的耗能跟采样频率成正相关，频率越快，相应的耗能越多。最后针对网状拓扑结构线状布局形式的无线传感网，提出了相同断面线状和不同断面线状的两种不同组网能耗模型。 （2）依托工程实际参数建立有限元模型，分析盾构隧道内非竖直线对称的衬砌环收敛变形形态，并进一步研究衬砌环各块管片的变形程度及特点，在此基础上建立了倾角传感器的倾角变化与衬砌环水平收敛的换算公式。同时采用相对误差演化法，推导了倾角传感器在安装断面的最优安装位置。 （3）依托实际工程开展了无线传感网络技术的应用和研究，结果表明，无线监测方式相较于人工监测在实时捕捉衬砌结构变形上具备明显优势，不仅能够更好地观察衬砌结构的变形情况，对于可能出现的紧急情况更能够提前预警。与此同时，还能够及时地对所关心的变形量进行实时监控。 （4）结合深圳地铁13号线北延工程，通过建立三维有限元模型，分析了盾构施工过程中衬砌及周边土体的变形规律，提出了监测断面的影响作用范围和相关定义，在此基础上提出了盾构隧道无线传感网络布局的优化策略。 |
| 作者： | 方林鸿 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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