【技术实现步骤摘要】
本申请属于土压平衡盾构隧道安全掘进，尤其涉及一种气压辅助掘进模式下盾构土舱压力控制方法。
技术介绍
1、土压平衡盾构气压辅助掘进模式，是我国隧道工程界提出的盾构施工新工法。土压平衡盾构掘进过程中，通过调整推进速度、螺旋输送机转速与密封舱气压控制密封舱压力以达到密封舱压力与水土压力的平衡，从而保证掘进界面稳定性。然而随着地层的变化，需不断调整掘进速度、螺旋机转速、盾构密封舱气压等掘进参数控制掘进界面气土混合压力与水土压力动态平衡。气压辅助掘进模式下盾构土舱内气压和渣土共存，土舱气-土压力分布特征既与渣土的渗气性相关，也受开挖地层渗气行为的影响，在“气体入渗”、“地下水渗流”和“渣土运移”的动态作用下，以“平衡开挖面水土压力”为目标的盾构密封舱压力控制极为复杂，其关键在于精准计算考虑气压损失的盾构密封舱内气土混合压力分布。
2、尽管已有大量研究基于现场数据，初步揭示了密封舱气压、螺旋机转速、掘进速度等掘进参数与地层之间的关系。但这些研究往往从数据出发，而没有从物理模型出发解释这些施工参数与掘进界面气土混合压力的关系，造成盾构密封舱气土混合压力的控制精度低。
技术实现思路
1、本申请实施例提供了一种气压辅助掘进模式下盾构土舱压力控制方法，可以解决盾构密封舱的气土混合压力的控制精度低的问题。
2、本申请实施例提供了一种气压辅助掘进模式下盾构土舱压力控制方法，包括：
3、获取渣土气、固、液三相体积百分数的变化、孔隙水压和孔隙气压，考虑泡沫改良渣土的压缩性及
4、根据密封舱内渣土与密封舱壁壳的摩擦力、渗透力和渣土自重，基于密封舱内渣土受力平衡，建立土舱内泡沫改良渣土的竖向有效应力分布平衡方程；
5、根据建立的土舱内泡沫改良渣土竖向有效应力分布及当前时刻土舱内气-土分界面高度，确定当前时刻土舱内气土混合压力合力；
6、根据非饱和土体气体渗透特性试验，测得地层与泡沫改良土渗气系数，确定当前时刻密封舱内气压损失量；
7、根据施工现场的螺旋输送机转速、盾构机掘进速度、当前时刻密封舱的气土混合压力及密封舱内气压损失量，获取下一时刻密封舱的气土混合压力合力；
8、获取地层主动土压力合力和被动土压力合力；
9、通过调整盾构机掘进速度和螺旋机转速进行调整，使得土舱内气土混合压力合力介于开挖面前方地层主动土压力合力和被动土压力合力之间，从而保证掘进地层的稳定。
10、可选的，地下水渗透力的计算公式为：
11、
12、其中，f1表示地下水渗透力，γw表示水的重度，i渣土表示水向渣土入渗时水力梯度，p表示盾构密封舱气压，p标态表示标准大气压，h表示密封舱内土气层分界面高度，b表示密封舱长度，d表示盾构机的刀盘直径，z表示渣土距密封舱底部高度，δz表示进行离散求解时渣土竖直方向分层平均厚度；
13、气体渗透力的计算公式为：
14、
15、p(z)＝10(p标态+i渣土z)
16、
17、
18、其中，f2表示渣土受到的气体渗透力，p(z)为mm水柱换算为pa后的z高度孔隙气平均压强，φ等效固相，渣土(z)表示考虑改良渣土压缩性时密封舱内位置z处渣土固相的体积百分数，φ等效液相，渣土(z)表示考虑改良渣土压缩性时密封舱内位置z处渣土液相的体积百分数，u地层表示孔隙水压力，ρ表示渣土的密度，ω表示渣土的含水率，gs表示渣土的颗粒相对密度，u(z)表示孔隙水、气压力；
19、密封舱内渣土与密封舱壁壳摩擦力的计算公式为：
20、
21、其中，f3表示摩擦力，μ表示渣土与密封舱壁壳摩擦系数，
22、σz(z)＝u(z)+σ′z(z)＝f(u(z))
23、
24、u(z)表示孔隙水、气压力，σ'z(z)表示竖向有效应力，σz(z)表示当前时刻密封舱内渣土的竖向应力，f表示σz(z)与u(z)的关系，uw(z)孔隙水压力，p(z)表示孔隙气压力；
25、渣土自重的计算公式为：
26、
27、其中，f4表示自重，gs表示渣土的颗粒相对密度。
28、可选的，根据密封舱内渣土与密封舱壁壳的摩擦力、渗透力和渣土自重，基于密封舱内渣土受力平衡，建立土舱内泡沫改良渣土的竖向有效应力分布平衡方程包括：
29、基于密封舱内整体渣土的运动，构建关系式：
30、
31、基于关系式、φ等效固相，渣土(z)的表达式、φ等效液相，渣土(z)的表达式、σz(z)＝f(u(z))进行竖向有效应力的求解，得到当前时刻密封舱内渣土的竖向应力σz(z)。
32、可选的，当前时刻t密封舱的气土混合压力合力为：
33、
34、其中，f密封舱(t)表示当前时刻密封舱的气土混合压力合力，p(t)s(t)表示当前时刻密封舱内的气体压力，表示当前时刻密封舱内的土压力，p(t)表示当前时刻盾构密封舱气压，s(t)表示当前时刻密封舱内土层顶部气压作用面积；
35、
36、h(t)表示当前时刻密封舱内土气层分界面高度，n表示离散求解渣土分层时所划分的层数，σz(h(t)-iδz)表示当前时刻位置为h(t)-iδz竖向应力，i＝1,2,…,n；
37、
38、v土层，输走为密封舱内渣土经螺旋机运输出去的体积速率，v土层，输走η表示盾构机的排土效率，ω螺旋机转速(t)表示当前时刻盾构机的螺旋机转速，as表示盾构机的螺旋机有效排土面积，l表示盾构机的螺旋机螺距；v土层，进入为盾构推进过程地层进入密封舱的体积速率，v推进(t)表示当前时刻盾构机的掘进速度；
39、
40、可选的，根据非饱和土体气体渗透特性试验，测得地层与泡沫改良土渗气系数，确定当前时刻密封舱内气压损失量，并根据施工现场的螺旋输送机转速、盾构机掘进速度、当前时刻密封舱的气土混合压力及密封舱内气压损失量，获取下一时刻密封舱的气土混合压力合力，包括：
41、通过公式计算下一时刻密封舱内土气层分界面高度h(t+δt)；
42、通过公式计算下一时刻盾构密封舱气压p(t+dt)；
43、通过公式q(t)＝q1(t)+q2(t)计算当前时刻密封舱内气压损失量q(t)；
44、p标态q1(t+δt)＝p标态q1(t)+p标态ksq1i地层s(t)δt
45、
46、通过如下公式计算下一时刻密封舱的气土混合压力合力f密封舱(t+δt)：
47、
48、其中，t表示当前时刻，δt表示下一时刻与当前时刻之间的时间差，q1(t)表示当前时刻累积流入地层气体量，q2(t)表本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气压辅助掘进模式下盾构土舱压力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，地下水渗透力的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述密封舱内渣土与密封舱壁壳的摩擦力、所述渗透力和所述渣土自重，基于密封舱内渣土受力平衡，建立土舱内泡沫改良渣土的竖向有效应力分布平衡方程包括：
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，当前时刻t所述密封舱的气土混合压力合力为：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据非饱和土体气体渗透特性试验，测得地层与泡沫改良土渗气系数，确定当前时刻所述密封舱内气压损失量，并根据施工现场的螺旋输送机转速、盾构机掘进速度、当前时刻所述密封舱的气土混合压力及密封舱内气压损失量，获取下一时刻所述密封舱的气土混合压力合力，包括：
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述地层主动土压力合力的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述地层被动土压力合力的计算公式为：
8.根据权利要
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，对所述盾构机的掘进速度和螺旋机转速进行调整，包括：
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种气压辅助掘进模式下盾构土舱压力控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，地下水渗透力的计算公式为：
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述密封舱内渣土与密封舱壁壳的摩擦力、所述渗透力和所述渣土自重，基于密封舱内渣土受力平衡，建立土舱内泡沫改良渣土的竖向有效应力分布平衡方程包括：
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，当前时刻t所述密封舱的气土混合压力合力为：
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，根据非饱和土体气体渗透特性试验，测得地层与泡沫改良土渗气系数，确定当前时刻所述密封舱内气压损失量，并根据施工现场的螺旋输送机转速、盾构机掘进速度、当前时刻所述密封舱的气土混...
【专利技术属性】
技术研发人员：李吉，潘秋景，黄杉，王胜军，詹享东，罗武装，陈世君，罗凛，谭博，向南，黄金勇，
申请(专利权)人：中铁五局集团电务工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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