一种沉井机械法施工中泥浆高度及重度的确定方法技术

本发明专利技术提供了一种沉井机械法施工泥浆高度及重度确定方法，包括如下步骤：确定承压水头高度至承压顶板的距离、沉井底至承压顶板的距离、沉井底至承压顶板间土的平均重度；确定泥浆重度与泥浆高度的乘积；确定沉井外侧各土层重度，内摩擦角，粘聚力；确定沉井侧壁各土层的主动土压力系数；确定沉井侧壁外侧的土压力；确定泥浆对沉井侧壁的被动土压力系数；确定沉井单位长度的自重、沉井刃脚平面宽度、倾斜角度、沉井厚度；确定沉井侧壁土压力作用点至刃脚内侧点的竖向距离；确定泥浆对沉井侧壁的作用力；确定泥浆对沉井侧壁压力作用点至刃脚内侧点的竖向距离；确定泥浆对刃脚内侧点的力矩；确定泥浆高度，泥浆重度。泥浆重度。泥浆重度。

【技术实现步骤摘要】
一种沉井机械法施工中泥浆高度及重度的确定方法


[0001]本专利技术涉及沉井施工领域，具体是一种沉井机械法施工中泥浆高度及重度的确定方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着地下空间建设的快速发展，沉井施工技术的应用场景也不断增加，对沉井施工技术的要求也越来越高，传统的沉井施工技术已经不能满足如今的需求，当下沉井机械法掘进施工技术正好弥补了传统沉井施工技术的缺陷。在张振光等学者的《富水地层超深装配式竖井水下机械法掘进施工技术:以南京某沉井式停车设施建设项目为例》中对沉井机械法掘进施工技术进行了介绍，沉井机械法掘进技术使用全自动机械式竖井掘进机进行开挖，开挖的整个过程中作业人员均无需进入井筒内部，挖掘的土体通过出浆管进入泥水分离系统并合成一定比例的泥浆，然后通过进浆管注入到井筒内部，井筒内的泥浆能够防止沉井底部发生管涌等现象。综上所述，泥浆在沉井机械法施工中起着平衡地下水压力的作用，能够有效防止沉井底部发生突涌现象，并有效降低沉井底部开挖面的失稳风险，因此，沉井机械法施工中所需注入泥浆高度及泥浆重度对沉井机械法施工的安全进行有着极其重要的作用；但迄今为止，仍未有能够有效确定所需泥浆高度及泥浆重度的方法，因此，本专利技术提出了一种沉井机械法施工泥浆高度及重度确定方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种沉井机械法施工泥浆高度及重度的确定方法，能够计算出沉井机械法施工过程中所需泥浆高度及重度，具有流程简单、结果可靠的优点，有效避免泥浆高度及重度不满足要求造成的问题。
[0004]为了实现以上目的，本专利技术提供了一种沉井机械法施工泥浆高度及重度确定方法，包括如下步骤：
[0005]1)确定承压水头高度至承压顶板的距离H、沉井底至承压顶板的距离h2、沉井底至承压顶板间土的平均重度γ
s
；
[0006]2)确定泥浆重度与泥浆高度的乘积γ
n
h1；
[0007]当γ
s
h2≥K
s
γ
w
H时，
[0008]γ
n
h1＝0，
[0009]在此情况下沉井底部至承压顶板之间的土体已经能够平衡地下水压力，因此泥浆高度h1及重度γ
n
取任何值均满足突涌要求，具体取值只需满足抗倾覆(即步骤11)要求。
[0010]当γ
s
h2＜K
s
γ
w
H时，
[0011]γ
n
h1＝K
s
γ
w
H
‑
γ
s
h2，
[0012]γ
n
：泥浆重度；h1：泥浆高度；K
s
：安全系数，取1.05；γ
w
：水的重度，取10KN/m3。
[0013]3)确定沉井外侧各土层重度γ
i
，内摩擦角φ
1i
，粘聚力c
i
；
[0014]4)确定沉井侧壁各土层的主动土压力系数K
ai
；
[0015][0016]φ
1i
:沉井侧壁外侧土层i的内摩擦角。
[0017]各个土层的主动土压力系数不同。
[0018]5)确定沉井侧壁外侧的土压力E
a
；
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]γ
i
:土层i的重度，如土层位于地下水位以下需要取浮重度γ
’
i
，γ
i
，＝γ
i
‑
γ
w
；c
i
:土层i的粘聚力；h
i
：土层i的厚度；σ
i
：土层i的主动土压力强度；m：总土层数。
[0026]6)确定泥浆对沉井侧壁的被动土压力系数K
p
；
[0027][0028]φ2:泥浆的内摩擦角。
[0029]7)确定沉井单位长度的自重G、沉井刃脚平面宽度B1、倾斜角度θ、沉井厚度d。
[0030]8)确定沉井侧壁土压力作用点至刃脚内侧点O的竖向距离a
a
；
[0031]9)确定泥浆对沉井侧壁的作用力F
n
；
[0032][0033]其中c：泥浆的粘聚力；K
p
：泥浆对沉井侧壁的被动土压力系数；γ
n
：泥浆重度；h1：泥浆高度。
[0034]10)确定泥浆对沉井侧壁压力作用点至刃脚内侧点O的竖向距离a
n
；
[0035][0036]11)确定泥浆对刃脚内侧点O的力矩M
n
；
[0037][0038]其中F
n
:泥浆对沉井侧壁的作用力，a
n
：泥浆对沉井侧壁压力作用点至刃脚内侧点O的竖向距离，c：泥浆的粘聚力，K
av
：抗倾覆安全系数，取1.3。此处若
则取再继续进行计算。
[0039]12)确定泥浆高度h1及泥浆重度γ
n
的取值；
[0040][0041][0042]其中当A>0时，A＝K
s
γ
w
H
‑
γ
s
h2；当A<0时，A＝0；；当A<0时，A＝0；
[0043]代入具体数据解出最终结果,最终结果需满足h1>0,γ
n
>0及抗突涌、抗倾覆的要求。需注意的是如果沉井最终深度大于承压水埋深，则当开挖深度大于承压水埋深时，泥浆高度h1及重度γ
n
取任何值均满足突涌要求，具体取值只需满足抗倾覆(即步骤11)要求。
[0044]上述计算所得最终结果仅为沉井机械法施工中某一深度泥浆的高度及重度，如需得到整个过程的泥浆高度及重度需按一定开挖深度间隔取若干个开挖深度，重复计算得到各开挖深度泥浆高度及重度，然后将选取的各个开挖深度计算得出的泥浆高度及重度绘制成曲线图，根据绘制的曲线就可以知道沉井每个开挖深度所需泥浆高度及重度，所取深度间隔越小，曲线绘制的精准度也越高，且曲线表示最低高度及重度的取值，取值时可以取曲线上部的点。
[0045]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0046]1.本专利技术条理清晰，计算简单，易于操作。
[0047]2.本专利技术能够快速确定沉井机械法施工中所需泥浆的高度及重度，且计算结果可靠。
[0048]3.本专利技术能够有效防止沉井机械法施工过程中泥浆不满足要求造成的沉井底部突涌和失稳等问题。
附图说明
[0049]图1为本专利技术的沉井位置关系示意图；
[0050]图2为本专利技术的沉井结构参数示意图；
[0051]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉井机械法施工泥浆高度及重度确定方法，包括如下步骤：1)确定承压水头高度至承压顶板的距离H、沉井底至承压顶板的距离h2、沉井底至承压顶板间土的平均重度γ
s
；2)确定泥浆重度与泥浆高度的乘积γ
n
h1；当γ
s
h2≥K
s
γ
w
H时，γ
n
h1＝0；当γ
s
h2＜K
s
γ
w
H时，γ
n
h1＝K
s
γ
w
H
‑
γ
s
h2；其中γ
n
：泥浆重度；h1：泥浆高度；K
s
：安全系数，取1.05；γ
w
：水的重度取10KN/m3；3)确定沉井外侧各土层重度γ
i
，内摩擦角φ
1i
，粘聚力c
i
；4)确定沉井侧壁各土层的主动土压力系数K
ai
；其中φ
1i
:沉井侧壁外侧土层i的内摩擦角；5)确定沉井侧壁外侧的土压力E
a
；；；；；；γ
i
:土层i的重度，如土层位于地下水位以下需要取浮重度γ
’
i
，γ
’
i
＝γ
i
‑
γ
w
；c...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星欣，施文城，郭力群，连志豪，陈雨洁，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：