(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 202210990510.2 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 李斌　尤昭　魏中华　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) E21D 11/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于变形响应的隧道衬砌服役状态评定方 法及装置 (57)摘要 本发明提供基于变形响应的隧道衬砌服役 状态评定方法及装置， 在隧道运营后， 不用计算 出运营后的围岩压力或荷载的增量或总量， 就能 够确定衬砌裂缝宽度和安全系数， 对隧道任意服 役时刻的二次衬砌服役状态及其变化规律进行 评价或分析。 方法包括： 步骤1， 确定隧道在服役 状态下， 从投入运营使用时或验收时到某一隧道 检修时刻t时， 隧道产 生的位移增量u2； 步骤2， 建 立隧道的荷载结构 模型； 步骤3， 在荷载结构 模型 上， 基于位移增量u2直接施加位移， 对所有单元 节点进行固定约束， 计算结构内力； 步骤4， 根据 单元的结构内力， 得到单元的安全系数和裂缝宽 度； 步骤5， 根据安全系数和裂缝宽度评价隧道在 隧道检修时刻t的服役状态。 权利要求书2页 说明书6页 附图14页 CN 115408837 A 2022.11.29 CN 115408837 A 1.基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 确定隧道在服役状态下， 从投入运营使用时到某一隧道检修时刻t时， 隧道产生 的位移增量u2； 步骤2， 建立隧道的荷载 结构模型； 步骤3， 在荷载结构 模型上， 不计算和施加围岩压力增量或总量， 而是基于位移增量u2直 接施加位移， 对所有单 元节点进行固定约束， 计算结构内力； 步骤4， 根据单 元的结构内力， 得到单 元的安全系数和裂缝宽度； 步骤5， 根据安全系数和裂缝宽度评价隧道在隧道检修时刻t的服役状态。 2.根据权利要求1所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤1中， 采用三维激光扫描仪获取隧道 投入运营使用时的断面形状数据和隧 道检修时刻t时的断面形状数据， 进 而确定位移增量u2。 3.根据权利要求1所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤2中， 是采用ANSYS软件建立隧道荷载结构模型； 在步骤3中， 对所有单元节 点进行固定约束后通过ANSYS软件直接计算得到结构内力。 4.根据权利要求1所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定方法， 其特 征在于： 其中， 在步骤5中， 将计算得到的安全系数和裂缝宽度与极限状态阈值进行比较， 进而 评估隧道衬砌的服役状态； 在此基础上， 结合实际工程中， 隧道裂缝是否出现渗水情况， 制 定相应的加固措施， 以保证隧道能够长期安全运营。 5.基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定装置， 其特 征在于， 包括： 位移增量确定部， 确定隧道在服役状态下， 从投入运营使用时到某一隧道检修时刻t 时， 隧道产生的位移增量u2； 模型构建部， 建立隧道的荷载 结构模型； 位移施加计算部， 在荷载结构模型上， 不计算和施加围岩压力增量或总量， 而是基于位 移增量u2直接施加位移， 对所有单 元节点进行固定约束， 计算结构内力； 参数获得部， 根据单 元的结构内力， 得到单 元的安全系数和裂缝宽度； 评价部， 根据安全系数和裂缝宽度评价隧道在隧道检修时刻t的服役状态； 控制部， 与所述位移增量确定部、 所述模型构建部、 所述位移施加计算部、 所述参数获 得部、 所述评价部均通信相连， 控制它 们的运行。 6.根据权利要求5所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评定装置， 其特征在于， 还 包括： 加固措施生成部， 与所述控制部通信相连， 获取隧道衬砌的服役状态评估结果和实 际 工程中隧道裂缝 是否出现渗水情况信息， 根据此生成相应隧道相应位置的加固方案 。 7.根据权利要求6所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评定装置， 其特征在于， 还 包括： 输入显示部， 与所述位移增量确定部、 所述模型构建部、 所述位移施加计算部、 所述参 数获得部、 所述评价部、 所述加固措施生成部、 所述控制部均通信相连， 用于让用户输入操 作指令， 并进行相应显示。 8.根据权利要求7 所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定装置， 其特 征在于： 其中， 所述输入显示部能够根据操作指令对所述位移增量确 定部确定的位移增量u2进权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408837 A 2行显示， 对所述模型构建部建立的荷载结构模型进行显示， 对所述位移施加计算部施加 位 移增量u2至计算结构内力的过程和数据在模型相应位置处进行静态或动态显示， 对所述参 数获得部得到单元 的安全系数和裂缝宽度与所述评价部服役状态的评价结果在模型相 应 位置处进 行显示， 对所述加固措施生成部生成的加固方案与服役状态评估 结果和实际工程 中隧道裂缝 是否出现渗水情况信息在隧道相应位置处进行关联显示。 9.根据权利要求7 所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定装置， 其特 征在于： 其中， 所述位移增量确定部是采用三维激光扫描仪获取隧道投入运营使用时的断面形 状数据和隧道检修时刻t时的断面形状数据， 进 而确定位移增量u2。 10.根据权利要求7 所述的基于变形响应的隧道衬砌服役状态评 定装置， 其特 征在于： 其中， 所述模型构建部是采用ANSYS软件建立隧道荷载结构模型， 所述位移施加计算部 对所有单 元节点进行固定约束后通过ANSYS软件直接计算得到结构内力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408837 A 3