一种盾构沉降控制方法及其模型和应用系统技术方案

本发明专利技术一种盾构沉降控制方法及其模型和应用系统，所属盾构沉降控制技术领域。针对当前行业主流盾构沉降控制理论的以上不足，本发明专利技术突破了传统盾构沉降控制理论，采用了【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率+地层损失控制系数】的“3+1”模型表征地层损失，从而实现有效控制盾构施工沉降的方法，并进一步的拓展开发应用，与盾构施工信息化平台融合，开发出盾构沉降控制自动预警系统。本发明专利技术在业内实现盾构自动沉降控制技术的革命性突破。自动沉降控制技术的革命性突破。自动沉降控制技术的革命性突破。

【技术实现步骤摘要】
一种盾构沉降控制方法及其模型和应用系统


[0001]本专利技术所属盾构沉降控制理论与
，具体的涉及一种盾构沉降控制方法及其应用模型，以及基于其控制模型构建的应用系统(盾构沉降自动预警系统)。

技术介绍

[0002]传统盾构沉降控制理论及其局限
[0003]盾构施工对地层沉降影响的机理非常复杂，一般认为盾构施工引起的地层损失及盾构扰动引起的周围土体地层再固结，是地面沉降的根本原因；对于埋深较深的软土地层，由盾构施工引起地层损失是导致地面沉降的主要因素。地层损失是盾构开挖土体体积和建成隧道体积之差，建成隧道体积包括隧道外围包裹的同步注浆等填充物料的体积，地层损失率为地层损失与盾构理论排土体积的百分比。
[0004]当前行业内主流盾构沉降控制理论，Peck理论认为在假定理想情况下盾构施工引起的地表沉降体积应该等于地层损失的体积，并假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降槽的横向分布呈现正态分布曲线形式，那么地层损失率为：
[0005][0006]该经验公式中，R为地层损失率，i为地表沉降槽宽度，S
max
为地表沉降最大值，V为盾构截面面积。
[0007]基于该地层损失率概念的Peck理论在实际应用过程中具有三大局限：
[0008]1)其无法直接测量，其只能采用人工去测量i和S
max
来反算，而无法通过传感器等技术手段实现自动化测量。
[0009]2)其计算无法准确，实际工程中盾构穿越区域地表往往为公路、水草、河道、泥泞、建筑物等，导致地表沉降槽无法准确识别，甚至根本无法测量。
[0010]3)其计算严重滞后，盾构地表沉降有滞后性，一般盾构穿越1周至1个月之后地层损失影响才逐步完整的传导到地表，通过此时的地表沉降槽来反算盾构地层损失率没有超前性，对盾构施工及穿越没有实际风险管控意义。
[0011]行业发展及其安全需求
[0012]上海市域铁路以地下盾构隧道工程为主，工况复杂安全要求高，如机场联络线隧桥比为96.6％，嘉闵线全部为地下盾构隧道工程，机场线盾构穿越城市中心区域敏感构建筑物多达137处，嘉闵线盾构穿越多达186处，其中机场线盾构沿沪杭高铁平行段长达5.8km，控制精度高达2mm，风险高、难度大，工可、初步设计和施工方案等文件中均明确提出盾构施工时应严控地层损失率，如部分盾构穿越的地层损失率为小于3
‰
。当前，地层损失率是衡量盾构施工水平及其能否安全穿越敏感构建筑物的一个核心理论指标，也是设计文件对盾构施工提出的明确的管控指标。

技术实现思路

[0013]针对当前行业主流盾构沉降控制理论的以上不足，本专利技术公开一种全新的盾构沉降控制理论及方法，其特征在于，本专利技术突破了传统盾构沉降控制理论，采用了【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率+地层损失控制系数】的“3+1”模型表征地层损失，从而实现有效控制盾构施工沉降的方法，并进一步的拓展开发应用，举例而非限定，可以与盾构施工信息化平台融合，开发出盾构沉降控制自动预警系统，也可以与盾构机控制系统融合，开发出盾构自动沉降控制系统。本专利技术在业内实现盾构自动沉降控制技术的革命性突破。
[0014]需要保护技术方案确立为
[0015]技术方案一
[0016]一种盾构沉降控制模型，其特征在于：
[0017]第一部分，盾构机若为泥水平衡盾构机，则模型包括
[0018]其中，i0为地层损失控制系数，ρ1为进泥密度，ρ2为排泥密度，ρ为地层密度，Q1为进泥流量，Q2为排泥流量，S0为超挖面积，S1为开挖面积，S2为盾体空隙轴向投影面积，S3盾尾空隙轴向投影面积，v为盾构推进速度；
[0019]i1为出渣平衡比，其中，ρ1为进泥密度，ρ2为排泥密度，Q1为进泥流量，Q2为排泥流量，S0为超挖面积，S1为开挖面积，v为盾构推进速度，ρ为地层密度；
[0020]i2为盾体填充率，其中，为盾体注入单孔(第i个孔)注入流量，S2为盾体空隙轴向投影面积，v为盾构推进速度；
[0021]i3为盾尾填充率，其中，为同步注浆单孔注入流量(第i个同步注浆孔)；S3盾尾空隙轴向投影面积；v为盾构推进速度；
[0022]第二部分，盾构机若为土压平衡盾构机，则模型包括
[0023]其中，i0为地层损失控制系数，ω为螺旋机转速，m为螺旋机单转排出质量，ρ为地层密度，S0为超挖面积，S1为开挖面积，v为盾构推进速度，S0为超挖面积，S1为开挖面积，S2为盾体空隙轴向投影面积，S3盾尾空隙轴向投影面积；
[0024]i1为出渣平衡比，其中，ω为螺旋机转速，m为螺旋机单转排出质量，S0为超挖面积，S1为开挖面积，v为盾构推进速度，ρ为地层密度；
[0025]i2,i3相同于泥水平衡盾构；
[0026]以上i0/i1/i2/i3算法公式组成了本专利技术【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率+地层损失控制系数】的“3+1”算法模型，用来表征盾构(泥水平衡盾构和土压平衡盾构)施工产生的地层损失，以控制盾构施工过程中对土层沉降的影响，为本领域首创。
[0027]技术方案二
[0028]一种盾构沉降自动预警方法，其特征在于：基于技术方案一所述算法模型i0/i1/i2/i3及其安全指标数据库[a
i
,b
i
]，将其嵌入盾构施工信息化系统形成盾构沉降自动预警系统，实时计算出当前i1/i2/i3/i0值，并实时与其安全区间的指标做比对，一旦超出预警区
间则由盾构信息化系统自动发出预警信息给相关人员进行盾构施工干预处置，由现场专业人员检查模型中相关盾构施工参数并逐步调整，直至i1/i2/i3/i0恢复到安全区间[a
i
,b
i
]，当i1/i2/i3/i0∈[a
i
,b
i
]，则完成盾构安全预警处置，由此实现盾构施工和穿越对地面和周边构建筑沉降的安全管控。
[0029]理想情况下i1/i2/i3/i0的指标应该等于1，然而地质情况、盾构埋深、盾构填充材料及其配比等对以上指标也有着一定的影响，根据不同地质情况归纳出不同地质和工况下的安全控制指标范围i1/i2/i3/i0＝i
i
∈[a
i
,b
i
]，a
i
,b
i
分别为i
i
的安全区间的下限值和上限值，并可经过多项目的数据积累建立软土不同地质不同埋深下的安全指标数据库[a
i
,b
i
]。一般情况下，据初步施工经验和结合经济性考量，i
i
可初步取值如i1∈[0.9,1.1]，i2∈[0,1.1]，i3∈[1.1,1.3]，i0∈[1,1.2]。随着盾构施工本专利技术中相关数据的积累增多，该安全指标数据库经过进一步修正和丰富，可更精准指导不同地质和工况下的盾构施工和风险管控。
[0030]技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盾构沉降控制模型，其特征在于，包括：——出渣平衡比——出渣平衡比——盾体填充率——盾尾填充率i1/i2/i3实现直接实时自动计算，将【地层损失率】等效转变为【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率】，这三个直接与盾构机参数实时直接关联，从而产生了盾构沉降实时控制新理念。2.如权利要求1所示的盾构沉降控制模型，其特征在于，鉴于i1/i2/i3三个参数对地层沉降影响有个不同的权重比重，将该三个参数融合如下：沉降影响有个不同的权重比重，将该三个参数融合如下：i命名为地层损失控制系数，弥补了i1/i2/i3对地层沉降影响不同的权重的问题，使得实际应用更有指导意义。3.一种盾构沉降控制方法，其特征在于，利用权利要求1所示的盾构沉降控制模型，从实质上控制住了盾构施工过程中的地层损失率，也就从本质上控制住了盾构施工所引起的中的地面沉降。4.如权利要求3所述的盾构沉降控制方法，其特征在于，基于所述模型i0...

【专利技术属性】
技术研发人员：林强，姜文星，余鲸，陈利兵，孙双篪，
申请(专利权)人：上海申铁投资有限公司，
类型：发明
国别省市：