[發(fā)明專利]隧洞盾構(gòu)挖掘面推力參數(shù)的確定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810324708.0
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108664703A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃梅瓊;楊首龍;何承農(nóng);王樂樂;柯明輝;夏厚興;薛瀧輝
• 申請（專利權(quán)）人: 福建省水利水電勘測設(shè)計研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 福州盈創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 35226
• 代理人: 李明通

本發(fā)明提供隧洞盾構(gòu)挖掘面推力參數(shù)的確定方法，屬于隧洞結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，首先建立三維有限元結(jié)構(gòu)模型，然后采用生死單元法對隧洞開挖動態(tài)過程進行模擬，其次模擬掘進面推力逐漸遞增，確定盾構(gòu)掘進過程中河床在實測日平均高、低潮位下的應(yīng)力分布，最后從土體開挖面水平法向應(yīng)力及周圍土體剪切應(yīng)力兩方面綜合確定，使盾構(gòu)掘進過程中土層應(yīng)力狀態(tài)分布與原始平衡應(yīng)力狀態(tài)分布相一致，達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明解決了土體開挖導(dǎo)致一定范圍內(nèi)河床地層土體產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)應(yīng)力重分布，影響工作面土體的穩(wěn)定的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧洞結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及隧洞盾構(gòu)挖掘面推力參數(shù)的確定方法。

背景技術(shù)

對于隧洞施工過程中確定挖掘面參數(shù)，近年來有不少研究，如同濟大學(xué)聯(lián)合上海市城建設(shè)計研究院以上海地鐵7號線上行線隧道為例，基于隧道變形實測值，采用位移反分析正演優(yōu)化方法對盾構(gòu)掘進面土壓力進行計算分析。中鐵隧道集團以南京地鐵一號線為例，對土倉壓力高低與地表隆沉之間的關(guān)系作定性分析，得到土倉壓力設(shè)置的經(jīng)驗公式和相應(yīng)參數(shù)的取值。中鐵四局集團第二工程有限公司以上海地鐵M8線為例，通過水土壓力、土體重度、附加壓力、經(jīng)驗公式計算土艙壓力，然后根據(jù)施工過程中土艙壓力和地表沉降之間的關(guān)系進行土壓力的及時調(diào)整。

對于隧洞施工過程中挖掘面參數(shù)的確定，現(xiàn)有方案基本均基于地表隆沉實測值，采用位移反分析法，對土倉壓力高低與地表隆沉之間的關(guān)系作定性分析并及時調(diào)整。但一方面：地表隆沉實測工作繁瑣，尤其水下河床地形監(jiān)測更是不易，造成掘進面參數(shù)控制困難；另一方面，地表隆沉實測相較盾構(gòu)掘進具有滯后性，造成無法對潛在的施工險情提供安全預(yù)報，無法保障盾構(gòu)安全過江。

地鐵盾構(gòu)施工是在地層土體內(nèi)部進行的，在盾構(gòu)推進的過程中，土體開挖必然對一定范圍內(nèi)土體產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致應(yīng)力重分布，土體原有平衡狀態(tài)受到破壞，影響土層穩(wěn)定，甚至發(fā)生坍塌。盾構(gòu)挖掘面土推力是直接作用于盾構(gòu)前方土體的應(yīng)力，挖掘面推力過大，前方土體將產(chǎn)生很大的隆起變形，同時會增加刀盤的磨損；挖掘面推力過小，前方土體將產(chǎn)生過大的下沉變形，并會增加盾構(gòu)通過后的地面沉降。

發(fā)明內(nèi)容

（1）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)方案基本均基于地表隆沉實測值，而地表隆沉實測工作繁瑣，尤其水下河床地形監(jiān)測更是不易，造成掘進面參數(shù)控制困難，并且地表隆沉實測相較盾構(gòu)掘進具有滯后性，造成無法對潛在的施工險情提供安全預(yù)報，無法保障盾構(gòu)安全過江的缺點，為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供隧洞盾構(gòu)挖掘面推力參數(shù)的確定方法，該方法首先建立三維有限元結(jié)構(gòu)模型，然后采用生死單元法對隧洞開挖動態(tài)過程進行模擬，其次模擬掘進面推力逐漸遞增，確定盾構(gòu)掘進過程中河床在實測日平均高、低潮位下的應(yīng)力分布，最后從土體開挖面水平法向應(yīng)力及周圍土體剪切應(yīng)力兩方面綜合確定，使盾構(gòu)掘進過程中土層應(yīng)力狀態(tài)分布與原始平衡應(yīng)力狀態(tài)分布相一致，達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明解決了土體開挖導(dǎo)致一定范圍內(nèi)河床地層土體產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致一定范圍內(nèi)應(yīng)力重分布，影響工作面土體的穩(wěn)定的技術(shù)問題。

（2）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供本發(fā)明提供隧洞盾構(gòu)挖掘面推力參數(shù)的確定方法，首先建立三維有限元結(jié)構(gòu)模型，然后采用生死單元法對隧洞開挖動態(tài)過程進行模擬，其次模擬掘進面推力逐漸遞增，確定盾構(gòu)掘進過程中河床在實測日平均高、低潮位下的應(yīng)力分布，最后從土體開挖面水平法向應(yīng)力及周圍土體剪切應(yīng)力兩方面綜合確定，使盾構(gòu)掘進過程中土層應(yīng)力狀態(tài)分布與原始平衡應(yīng)力狀態(tài)分布相一致，達到平衡穩(wěn)定狀態(tài)。

所述三維有限元結(jié)構(gòu)模型以北京54坐標系（430662.10，2883005.70）的0.00m高程為模型坐標原點，橫河向指向右岸為X軸正方向，順河向指向下游為Y軸正方向，沿高程向上為Z軸正方向，坐標系滿足右手螺旋，所述三維有限元結(jié)構(gòu)模型采用三維8節(jié)點六面體和4節(jié)點四面體結(jié)構(gòu)單元進行離散，模型離散網(wǎng)格共104966個節(jié)點，451202個單元。