[發(fā)明專利]一種頂管隧洞斷面優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611123940.5
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106545346B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝勇;吳立;黃敏;董順;余慶鋒;左清軍;吳靜;袁青;李波;李春芳;李曉蕓;郝鈺璽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學（武漢）
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11;E21D9/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所42214
• 代理人: 劉榮,周宗貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種頂管隧洞斷面優(yōu)化方法，屬于頂管施工工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

常規(guī)頂管施工中，由前方刀盤旋轉(zhuǎn)切削土層形成隧洞，管道在其后被不斷頂進，由于隧洞斷面自然變形后左右變寬但上下變窄，在上下方向?qū)艿罆纬蓨A持作用，加大了頂進阻力，不利于頂進作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種頂管隧洞斷面優(yōu)化方法，可有效消除隧洞變形后對管道的上下夾持作用。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種頂管隧洞斷面優(yōu)化方法，包括如下步驟：

(1)預掘進：利用頂管機掘進設(shè)定距離后停止作業(yè)，使預掘進的隧洞自然變形、拱頂下沉；

(2)監(jiān)測拱頂下沉數(shù)值；

(3)確定符合實際的土層參數(shù)：

(3-1)按照設(shè)定的土層參數(shù)、設(shè)定的與已掘進隧洞相同的斷面形狀，采用數(shù)值模擬方法計算拱頂沉降；

(3-2)將計算得到的拱頂沉降與監(jiān)測得到的拱頂下沉數(shù)值進行對比，若不吻合，則調(diào)整土層參數(shù)，重復步驟(3-1)至計算的拱頂沉降與步驟(2)得到的拱頂下沉數(shù)值吻合，則此時的土層參數(shù)為符合實際的土層參數(shù)，吻合判斷標準為拱頂下沉數(shù)值不大于拱頂沉降，且拱頂沉降與拱頂下沉數(shù)值之間的誤差小于5％拱頂下沉數(shù)值；

(4)確定最優(yōu)斷面形狀：

(4-1)建立斷面形狀數(shù)據(jù)庫：設(shè)計不同的超挖斷面形狀，依據(jù)符合實際的土層參數(shù)采用數(shù)值模擬方法計算不同超挖斷面形狀下的拱頂沉降數(shù)值，建立包含不同超挖斷面形狀及其對應(yīng)的拱頂沉降數(shù)值的斷面形狀數(shù)據(jù)庫；

(4-2)反演推算超挖范圍：在斷面形狀數(shù)據(jù)庫中進行搜索，以拱頂沉降后土層與頂管頂部虛接觸時的拱頂沉降數(shù)值所對應(yīng)的超挖斷面形狀為最優(yōu)斷面形狀；

(5)改變掘進斷面形狀：根據(jù)最優(yōu)斷面形狀調(diào)整頂管機的刀盤的位置和/或結(jié)構(gòu)，使得刀盤作業(yè)得到的隧洞斷面形狀與最優(yōu)斷面形狀相同，采用刀盤調(diào)整后的頂管機繼續(xù)掘進隧洞剩余部分，改變隧洞剩余部分的掘進斷面形狀；

(6)掘進過程中重復步驟(2)至步驟(5)，直至完成隧洞掘進。

步驟(2)中在隧洞掘進完成后的1～3天內(nèi)對隧洞斷面進行量測，4～6小時量測一次，做出變形-時間曲線圖，以拱頂下沉速度小于0.1mm/d時的變形數(shù)據(jù)作為拱頂下沉數(shù)值。

步驟(2)中進行量測時測量點位于掘進隧道的中部位置。

步驟(3-1)中采用有限元數(shù)值模擬方法和/或有限差分數(shù)值模擬方法計算不同超挖斷面形狀下的拱頂沉降。

當土層為老黏性土時，步驟(3-1)采用有限元數(shù)值模擬方法計算不同超挖斷面形狀下的拱頂沉降；當土層為軟土、一般黏性土、新近沉積黏性土、砂土或粉土時，步驟(3-1)采用有限差分數(shù)值模擬方法計算不同超挖斷面形狀下的拱頂沉降。

步驟(3-2)中調(diào)整設(shè)定土層參數(shù)的具體內(nèi)容為，根據(jù)現(xiàn)場觀察給出經(jīng)驗調(diào)整數(shù)值，即觀察土層的顏色、軟硬狀態(tài)、濕度、包含物、顆粒成分和層理結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)指標，結(jié)合原有設(shè)計文件中給出的參數(shù)，按照巖土工程勘察規(guī)范以及隧洞開挖地的地方勘察標準和地方工程經(jīng)驗重新確定土層參數(shù)。

步驟(3-2)中調(diào)整設(shè)定土層參數(shù)的具體內(nèi)容為，對施工場地的土層進行取樣，并對土樣進行檢測和試驗，對土樣的各種物理及力學參數(shù)的試驗結(jié)果進行統(tǒng)計和計算，檢測土樣的重度、含水量、孔隙比、稠度指標、抗剪強度、壓縮模量、變形模量、彈性模量和泊松比，其中抗剪強度計算其標準值，其他參數(shù)計算各自的平均值，根據(jù)計算結(jié)果重新確定土層參數(shù)。

利用帶組合刀盤的頂管機進行隧洞掘進，組合刀盤包括主刀盤和輔助刀盤。

步驟(4)中刀盤調(diào)整的具體內(nèi)容為，調(diào)整輔助刀盤的形狀和/或相對于主刀盤的位置，使之符合得到最優(yōu)斷面形狀的要求。

步驟(1)中預掘進的距離為隧洞直徑的7～11倍。