[發明專利]預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法及系統

有效

• 申請號: 201811296229.9
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109359412B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 薛翊國;李欣;譚現鋒;邱道宏;甄洪帥;屈聰;李廣坤;柏成浩
• 申請（專利權）人: 山東大學;山東省魯南地質工程勘察院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：包括以下步驟：

建立隧道模型，根據隧道圍巖或周圍土體的力學性質與物理力學參數對土體或者圍巖建立模型，并對構建的模型進行初始賦值，形成數值模型，對數值模型進行初始應力的計算調整，直到應力初步平衡；

將初步平衡計算造成的三軸方向的變形位移歸零，進行模擬開挖的數值設置，分別模擬施加盾構掘進推力、注漿壓力和設置所需的監測點，對開挖模型設置合理開挖步距，采用實際參數對其進行賦值；

將隧道模型配置于三維直角坐標系內，按照設置的參數進行模擬開挖，記錄所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量，擬合出所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量曲線，選擇擬合度最高的曲線與該曲線的回歸方程，建立實測殘余變形與數值模型建立數值關系；

根據實際情況選擇，以土體內埋設的充填注漿管片的每環管片的寬度為開挖步距，將隧道模型開挖一定的距離來模擬實際過程中無法監測到的距離，根據實際情況對所建數值模型設置監測點，設置于模型管片下方，記錄隧道模型開挖計算而引起的后方管片結構沉降的數據；將數據進行整理繪制出實際無法監測到的區間內所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量，擬合出該區間內所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量曲線；

其中，在構建的坐標系上已開挖的土體區間內每a米設置一個監測點監測盾構開挖過程中管片結構沉降，將掌子面后方單位開挖步距設置為a米一步進行開挖，每次開挖后將開挖計算文件進行保存，監測點需要能夠監測到掌子面后方設定距離的位置的管片結構沉降。

2.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：對構建的模型進行初始賦值具體包括根據實際土體分布情況建立網格模型，定義模型的材料屬性，設置邊界條件和初始條件。

3.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：將整個隧道模型建立一個三維坐標系上，將數值模型的第一步開挖的面作為0界面，隧道進深方向為Y軸，隧道兩側為X軸，隧道埋深縱向為Z軸。

4.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：

將每個掌子面設定距離以內開挖段內的監測點在開挖a米的過程中的沉降量變化曲線，同時分別擬合出多段掌子面設定距離內的沉降量變化曲線。

5.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：通過對比選擇擬合度最高的曲線與該曲線的回歸方程作為得到的結果，其中橫坐標為所建數值模擬坐標系的累計開挖步距，縱坐標為監測點的單位開挖步距的沉降量，確定兩者的擬合關系。

6.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：每段沉降量變形曲線的首個監測點即掌子面后方設定距離處監測的管片沉降量為實際工程中所能監測到的實測殘余變形量，該監測點與實際工程中實測殘余變形量進行對比。

7.如權利要求1所述的一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算方法，其特征是：將收集到的監測數據進行整理，將實際中獲取的時效性滿足設定強度的監測點，與數值模擬中相對應的該監測點組成一對坐標，實際工程中監測的實測殘余沉降量作為橫坐標，數值模擬中相對應的該監測點監測的沉降量作為縱坐標，繪制出實測殘余變形與數值模型相同監測點的監測數據關系曲線。

8.一種預測隧道盾構開挖過程全變形的計算系統，其特征是：被配置為執行以下指令：

建立隧道模型，根據隧道圍巖或周圍土體的力學性質與物理力學參數對土體或者圍巖建立模型，并對構建的模型進行初始賦值，形成數值模型，對數值模型進行初始應力的計算調整，直到應力初步平衡；

將初步平衡計算造成的三軸方向的變形位移歸零，進行模擬開挖的數值設置，分別模擬施加盾構掘進推力、注漿壓力和設置所需的監測點，對開挖模型設置合理開挖步距，采用實際參數對其進行賦值；

將隧道模型配置于三維直角坐標系內，按照設置的參數進行模擬開挖，記錄所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量，擬合出所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量曲線，選擇擬合度最高的曲線與該曲線的回歸方程，建立實測殘余變形與數值模型建立數值關系；

根據實際情況選擇，以土體內埋設的充填注漿管片的每環管片的寬度為開挖步距，將隧道模型開挖一定的距離來模擬實際過程中無法監測到的距離，根據實際情況對所建數值模型設置監測點，設置于模型管片下方，記錄隧道模型開挖計算而引起的后方管片結構沉降的數據；將數據進行整理繪制出實際無法監測到的區間內所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量，擬合出該區間內所有監測點的單位步距開挖過程中的沉降變形量曲線；

其中，在構建的坐標系上已開挖的土體區間內每a米設置一個監測點監測盾構開挖過程中管片結構沉降，將掌子面后方單位開挖步距設置為a米一步進行開挖，每次開挖后將開挖計算文件進行保存，監測點需要能夠監測到掌子面后方設定距離的位置的管片結構沉降。