【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机辅助设计，特别涉及束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法。
技术介绍
1、束合式结构作为一种新型暗挖技术，通过横向张拉预应力筋，将纵向顶进的离散、矩形顶管群，束合成可横向受力的整体结构，解决富水软土地区无临时支撑、无土体加固、全断面挖土、超前支护与永久结构合一的暗挖难题，从而在交通繁忙路段、建(构)筑物密集和浅覆土大断面的地下工程中得到成功应用。
2、束合式结构施工中，密集的矩形顶管群必然会对土体产生扰动，进而引起地表沉降，尤其是富水软土地层的浅覆土地下工程。同时，城市核心区环境保护要求高，更加需要对地表沉降进行严格控制。目前，既有的相关技术，多为圆形断面顶管或单根矩形大断面顶管，而针对束合式结构中的微矩形顶管群的地表沉降计算方法与计算软件几乎没有。
3、因此，如何充分考虑顶管形状、断面切削率、管节尺寸、土层特性、间距与扰动、交叠影响，实现在设计阶段便捷高效的预测成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，实现的目的是实现在设计阶段便捷高效的预测，为后续管节排布、顶进顺序、控制措施等施工方案比选提供依据，特别适用于束合式结构中超近距、小断面、矩形顶管群施工所引起的地表沉降计算。
2、为实现上述目的，本专利技术公开了束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，采用可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软
3、步骤1、导入由矩形顶管群组成的束合结构的设计断面，建立总体坐标系；
4、步骤2、在导入的所述束合结构的设计断面的基础上，拟定所述束合结构的矩形顶管群的顶进顺序，并编号存储；
5、步骤3、建立所述束合结构中每一根矩形顶管的局部坐标系；
6、步骤4、定义所述束合结构断面范围内的土层分布，并赋值土体内摩擦角；
7、步骤5、输入每一所述矩形顶管的计算参数；
8、步骤6、计算第1根所述矩形顶管在顶进施工的地表沉降分布；
9、步骤7、从第2根所述矩形顶管开始，按照已编号的顺序迭代计算每一所述矩形顶管顶进施工的地表沉降分布；
10、步骤8、按步骤7，迭代计算至最后一根所述矩形顶管后，将输出的地表沉降分布函数z(x)绘制成相应的曲线。
11、优选的，所述可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软件可为matlab软件、python软件。
12、优选的，在步骤1中，
13、所述总体坐标系的横轴为x，竖轴为z；
14、所述总体坐标系的z轴通过所述束合结构的设计断面中心点；
15、所述总体坐标系的坐标原点为z轴与地表线的交点。
16、更优选的，在步骤2中，按照拟定的所述矩形顶管群的顶进顺序，对所有所述矩形顶管依次编号为1，2，3…n。
17、更优选的，在步骤3中，
18、每一根所述矩形顶管的局部坐标系的横轴为p，竖轴为w；
19、每一所述局部坐标系的w轴均通过相应所述矩形顶管的断面中心点；
20、每一所述局部坐标系的坐标原点为w轴均与地表线的交点。
21、更优选的，在步骤5中，每一所述矩形顶管的计算参数均包括矩形顶管机的断面边长a、矩形顶管机的断面切削率f和矩形顶管间净距δl。
22、更优选的，步骤6具体如下：
23、步骤6.1、计算程序根据所述总体坐标系与每一所述局部坐标系，计算第n根所述矩形顶管的w轴与z轴间的水平距离δxn；
24、当计算每一所述局部坐标系w轴位于z轴右侧时，即为正轴向偏移时，取负号进行所述总体坐标系与相应所述局部坐标系的移轴换算，即x-δxn；
25、当计算每一所述局部坐标系w轴位于z轴左侧时，即为负轴向偏移时，取正号进行所述总体坐标系与相应所述局部坐标系的移轴换算，即x+δxn；
26、步骤6.2、根据第n根所述矩形顶管在所述总体坐标系中的位置，计算所述矩形顶管的断面中心至地表线的竖直距离hn；
27、步骤6.3、根据第n根所述矩形顶管在所述总体坐标系中的位置，以及所在位置的土层定义，检索数据库，赋值相应的所述矩形顶管顶进施工的土体损失率η1,n和相应的所述矩形顶管顶进施工的地表沉降曲线反弯点修正系数η2,n；
28、步骤6.4、根据hn、η2,n，结合步骤5输入的a、f，按下列公式定义，计算矩形顶管机的断面形状修正系数μ1、矩形顶管机的断面切削率修正系数μ2、地表沉降曲线反弯点到矩形顶管断面中心的水平距离in；
29、
30、其中，a为矩形顶管的总面积，a'为以a为直径的圆形截面面积；
31、步骤6.5、计算程序根据得到的η1,n、μ1、μ2、in，按下列公式定义，计算第n根矩形顶管的最大地表沉降wn,max；
32、
33、步骤6.6、计算程序根据得到的δxn、in、wn,max，按下列公式定义，计算地表沉降分布函数zn(x)：
34、
35、其中，n表示所计算的第n根矩形顶管，此步骤n＝1；x为总体坐标系下地表沉降计算点的横轴x坐标值，竖轴z以右为正，以左为负；e为自然对数。
36、步骤6.7、输出程序计算过程中得到的第1根矩形顶管的δx1、z1(x)。
37、更优选的，步骤7具体如下：
38、步骤7.1、同步骤6，在不考虑所述矩形顶管群先后施工的叠加、扰动、支挡相互影响的情况下，计算第n根矩形顶管的δxn、hn、in、zn(x)；
39、步骤7.2、导入前一步已计算完成并输出的δxn-1；
40、步骤7.3、根据第n根所述矩形顶管在所述总体坐标系中的位置，以及所在位置的土层特征，赋值竖向扰动因子βv,n，顶部无遮档时取1，顶部有遮挡时的取值与土层有关；
41、步骤7.4、计算程序根据第n根矩形顶管在总体坐标系中的位置，以及所在位置的土层特征，考虑与前第n-1根矩形顶管的水平距离，按下列公式计算水平扰动因子βh,n：
42、
43、其中，ξ为顶管间距影响参数；公式中第n根、前第n-1根矩形顶管位于束合式结构总体坐标系竖轴z两侧时取正号，同侧时取负号；为所在土体的内摩擦角；
44、步骤7.5、根据得到的βv,n、βh,n、δxn-1、in，结合步骤5输入的a、δl，按下列公式定义，计算束合式结构顶管群施工影响函数rn-1(x)，表征第n根矩形顶管顶进时，受前第n-1根矩形顶管顶进引起的扰动、支挡作用：
45、
46、步骤7.6、根据得到的rn-1(x)、zn(x)，按下列公式，计算地表沉降分布函数z(x)；
47、z(x)＝z1(x)+r1(x)z2(x)+r2(x)z3(x)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法；其特征在于，采用可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软件，执行如下步骤：
2.根据权利要求1所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，所述可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软件为Matlab软件、Python软件。
3.根据权利要求1所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤1中，
4.根据权利要求3所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤2中，按照拟定的所述矩形顶管群的顶进顺序，对所有所述矩形顶管依次编号为1，2，3…n。
5.根据权利要求4所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤3中，
6.根据权利要求5所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤5中，每一所述矩形顶管的计算参数均包括矩形顶管机的断面边长a、矩形顶管机的断面切削率f和矩形顶管间净距Δl。
7.根据权利要求6所述
8.根据权利要求7所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，步骤7具体如下：
9.根据权利要求7或8所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，所述η1,n、η2,n、βv,n数据库，结合土层特性，取值如下：土体类别为淤泥或淤泥质土，η1,n为1.5％，η2,n为1.30，βv,n为0.7；
...【技术特征摘要】
1.束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法；其特征在于，采用可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软件，执行如下步骤：
2.根据权利要求1所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，所述可实现参数输入、复杂方程计算、循环迭代的程序化软件为matlab软件、python软件。
3.根据权利要求1所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤1中，
4.根据权利要求3所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其特征在于，在步骤2中，按照拟定的所述矩形顶管群的顶进顺序，对所有所述矩形顶管依次编号为1，2，3…n。
5.根据权利要求4所述的束合结构矩形顶管群顶进施工的地表沉降分布预测方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张中杰，刘书，吕培林，王浩然，郑雅莉，
申请(专利权)人：上海市城市建设设计研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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