[發明專利]一種刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法和系統

在審

• 申請號: 202210022184.6
• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114491989A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王洋;崔廣宇;佟方碩;孫健平;劉強;莫宏巖;王歡;張凱
• 申請（專利權）人: 中鐵九局集團第四工程有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21D9/00;E21D9/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉素霞;劉春成

1.一種刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，包括：

步驟S101、基于一維固結方法，建立所述刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構的振動孔壓模型；其中，所述振動孔壓模型用于表征所述刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構的振動孔壓增長，所述振動孔壓模型為：

其中，以掘進面為零點，x表示距離盾構機掘進面的距離，μ表示土層中孔隙水壓力，μ(x,t)表示距離盾構機掘進面的x距離在t時刻的孔隙水壓力；C_v表示土層的固結系數；γ_w表示水的重度；L為盾構機的總長度；表示土壓平衡盾構靜止狀態下的渣土水頭分布；μ_g表示不排水條件下飽和砂土的孔壓振動的上升；f為循環荷載的振動頻率；T為循環荷載的振動周期；σ′_c為土倉壓力，a和b是與掘進面所受的動荷載、頻率以及土倉壓力有關的擬合參數；

步驟S102、基于本征函數法，根據所述振動孔壓模型，確定任意時刻t土層中的孔隙水壓力。

2.根據權利要求1所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，在步驟S101中，所述渣土水頭分布為：

其中，Q為土壓倉內水流量，L₁為壓力艙的長度，L為盾構機的總長度，A₁為壓力艙的截面積，A₂為螺旋排土器的截面積，H₁為壓力艙前端開挖面的測壓管水頭高度，H₂為排土器出口處的測壓管水頭高度，θ為螺旋排土器的安設傾角，k為盾構機開挖渣土的滲透系數。

3.根據權利要求2所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，步驟S102包括：

基于預設的本征函數集，根據所述振動孔壓模型，確定任意時刻t土層中的孔隙水壓力；

其中，所述本征函數集為：

對應的，由

得到任意時刻t土層中的孔隙水壓力μ(x,t)。

4.根據權利要求2所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，所述刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法還包括：

根據土壓平衡盾構機的平均推進速度和壓力艙直徑，以及開挖土體的孔隙率，確定土壓平衡盾構機在掘進狀態下土壓倉內水流量Q。

5.根據權利要求4所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，開挖土體的孔隙率e₀＝0.5。

6.根據權利要求2所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，在步驟S101中，

盾構機開挖渣土的滲透系數k＝1×10^-6cm/s；土層的固結系數C_v＝0.102cm²/s。

7.根據權利要求1所述的刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷方法，其特征在于，

土倉壓力σ′_c＝100kPa，循環荷載的振動頻率頻率f＝1hz時，a＝3.304；b＝0.28。

8.一種刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構噴涌判斷系統，其特征在于，包括：

模型建立單元，配置為基于一維固結方法建立所述刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構的振動孔壓模型：其中，所述振動孔壓模型用于表征所述刀盤掘進振動荷載作用的土壓平衡盾構的振動孔壓增長，所述振動孔壓模型為：

其中，以掘進面為零點，x表示距離盾構機掘進面的距離，μ表示土層中孔隙水壓力，μ(x,t)表示距離盾構機掘進面的x距離在t時刻的孔隙水壓力；；C_v表示土層的固結系數；γ_w表示水的重度；L為盾構機的總長度；表示土壓平衡盾構靜止狀態下的渣土水頭分布；μ_g表示不排水條件下飽和砂土的孔壓振動的上升；f為循環荷載的振動頻率；T為循環荷載的振動周期；σ′_c為土倉壓力，a和b是與掘進面所受的動荷載、頻率以及土倉壓力有關的擬合參數；

孔隙水壓力單元，配置為基于本征函數法，根據所述振動孔壓模型，確定任意時刻t土層中的孔隙水壓力。