[發明專利]大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析系統及方法

有效

• 申請號: 202011124607.2
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112257255B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 李培楠;甄亮;陶利;蔣海里;劉芳;潘羽擎;李曉軍;岳喜棟;夏佳
• 申請（專利權）人: 同濟大學;上海公路橋梁（集團）有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 宋小光

本發明涉及一種大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析方法，包括如下步驟：基于可視化頂管減摩注漿模擬試驗，建立減摩注漿復合擴散模型；獲取大斷面矩形頂管的實際施工參數，將所獲取的實際施工參數輸入所建立的減摩注漿復合擴散模型，通過所述減摩注漿復合擴散模型得到對應實際施工參數的減摩泥漿擴散壓力三維分布圖。本發明的分析方法用于對減摩注漿的縱環向整體擴散機理進行分析，建立能夠同時相互關聯考慮環向和縱向復合的擠壓填充性流動特征的減摩注漿復合擴散模型，利用該減摩注漿復合擴散模型得到與實際施工相對應的減摩泥漿擴散壓力三維分布圖，為大斷面矩形頂管減摩注漿提供精確管控，還能夠為管節受力分析提供必要的計算依據。

技術領域

本發明涉及頂管減摩注漿控制技術領域，特指一種大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析系統及方法。

背景技術

頂管施工是目前日益發展應用的一種非開挖施工方法，不需要開挖面層就能夠穿越已有的公路、鐵路、河道、地下管線、地下構筑物和文物古跡等。頂管施工方法避免了城市路面的開挖量，減少大量土方工程，減少拆遷安置，節約施工用地，降低周圍環境干擾且不中斷地面人流交通及物流運輸活動等，近年來在城市地下空間開發、地下鐵路軌道交通建設、市政隧道工程中得到廣泛運用。

頂管施工過程中，為減小頂管外表面與土體間的摩擦阻力，會向頂管的外表面注入減摩泥漿，利用減摩泥漿在隧道管節的外表面形成泥漿套，隔斷管節與土體間的直接接觸，進而減小摩擦阻力。減摩注漿一方面起到潤滑作用，另一方面還起到了填補和支撐作用，能夠減小土體變形，使得隧道變得穩定。現有技術中對于圓形頂管的減摩注漿作用機理的研究較為成熟，但對于大斷面矩形頂管來說，其結構形式與圓形頂管有較大區別，大斷面矩形頂管在頂部、底部近似為水平結構，使得減摩泥漿的流動填充效率以及壓力擴散模式與圓形頂管完全不同，不能依靠傳統圓形頂管縱環向相對獨立的注漿模型分析大斷面矩形頂管減摩注漿的壓力擴散機制，因此有必要對大斷面矩形頂管減摩注漿的壓力擴散機制進行研究。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析系統及方法，解決現有大斷面矩形頂管減摩注漿的壓力擴散機制不能依靠傳統圓形頂管的注漿模型來分析的問題。

實現上述目的的技術方案是：

本發明提供了一種大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析方法，包括如下步驟：

基于可視化頂管減摩注漿模擬試驗，獲得減摩泥漿的試驗數據；

根據所獲得的減摩泥漿的試驗數據建立減摩注漿復合擴散模型；

獲取大斷面矩形頂管的實際施工參數，將所獲取的實際施工參數輸入所建立的減摩注漿復合擴散模型，通過所述減摩注漿復合擴散模型得到對應實際施工參數的減摩泥漿擴散壓力三維分布圖。

本發明的分析方法用于對減摩注漿的縱環向整體擴散機理進行分析，建立能夠同時相互關聯考慮環向和縱向復合的擠壓填充性流動特征的減摩注漿復合擴散模型，利用該減摩注漿復合擴散模型得到與實際施工相對應的減摩泥漿擴散壓力三維分布圖，也即統一了減摩泥漿的漿液擴散與壓力消散過程，得到了壓力沿管節的三維時空分布規律，該減摩泥漿擴散壓力三維分布圖可以為大斷面矩形頂管減摩注漿提供精確管控，還能夠為管節受力分析提供必要的計算依據。

本發明大斷面矩形頂管減摩注漿擴散與壓力時空分析方法的進一步改進在于，根據所獲得的減摩泥漿的試驗數據建立減摩注漿復合擴散模型的步驟，包括：

根據所獲取的減摩泥漿的試驗數據對減摩泥漿的擴散區域進行離散以得到有限個扇形單元；

對每一扇形單元沿隧道環向進行劃分以得到復數個環形單元；

基于弦截法建立迭代計算模塊，用于計算得到各環形單元的注漿流量及漿液壓力；