【技术实现步骤摘要】
一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法
本专利技术属于土压平衡盾构机开挖隧道领域，特别是一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法。
技术介绍
土压平衡盾构机由于施工效率高、适用范围广、对地面生产生活影响较小等突出优点，已经成为中国城市地铁线的主要施工方法之一。如图1所示，土压平衡盾构机利用连续且流动的改良性开挖料作为支护介质，通过控制推力、推进速度和和螺旋输送机的转速等参数，建立改良性开挖料在流经刀盘面板、土仓和螺旋输送机过程中的受控体积动态平衡关系，进而实现掌子面的稳定和隧道的平稳掘进。但是土压平衡盾构机开挖隧道会不可避免地扰动周围土体，引起地层的损失并且导致地表沉降。特别是城市区域软土地层的浅埋隧道盾构施工对地面及地下建构筑物存在严重的威胁，仅2019年就在杭州、青岛、厦门和广州发生了多起由盾构开挖地铁隧道导致的地面塌陷事故。土压平衡盾构机的排土量是反应地层损失情况的关键和控制地表沉降的前提。但是，目前土压平衡盾构机开挖隧道的施工过程中主要通过龙门吊称重的方式人工记录排土量，存在严重的人为干扰和信息滞后问题，给施工...
【技术保护点】
1.一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、根据螺旋输送机内排土的运动条件得到理论排土量表达式；/n步骤2、根据螺旋输送机内排土的受力分析得到螺旋输送机入口处土压力表达式；/n步骤3、根据对螺旋输送机内排土的做功分析，建立螺旋输送机排土的能量关系方程；/n步骤4、确定剪应力比例系数的取值：将螺旋输送机的几何参数以及土压平衡盾构机每环施工过程中实时采集的螺旋输送机入口处压力、螺旋输送机扭矩和螺旋输送机转速三个时程数据，代入由理论排土量表达式、螺旋输送机入口处土压力表达式和能量关系方程组成的方程组，对剪应力比例系数进行赋值并采用牛顿迭代法数...
【技术特征摘要】
1.一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、根据螺旋输送机内排土的运动条件得到理论排土量表达式；
步骤2、根据螺旋输送机内排土的受力分析得到螺旋输送机入口处土压力表达式；
步骤3、根据对螺旋输送机内排土的做功分析，建立螺旋输送机排土的能量关系方程；
步骤4、确定剪应力比例系数的取值：将螺旋输送机的几何参数以及土压平衡盾构机每环施工过程中实时采集的螺旋输送机入口处压力、螺旋输送机扭矩和螺旋输送机转速三个时程数据，代入由理论排土量表达式、螺旋输送机入口处土压力表达式和能量关系方程组成的方程组，对剪应力比例系数进行赋值并采用牛顿迭代法数值求解该方程组，结合定义域条件，根据排土率差值的期望，确定剪应力比例系数的取值范围及最终取值；
步骤5、计算各环理论排土量：将确定的剪应力比例系数、螺旋输送机的几何参数再次代入由理论排土量表达式、螺旋输送机入口处土压力表达式和能量关系方程组成的方程组，将土压平衡盾构机每环施工过程中实时采集的螺旋输送机入口处压力、螺旋输送机扭矩和螺旋输送机转速三个时程数据，就可以计算求得该环的理论排土体积，代入螺旋输送机内排土的平均密度计算得到该环的排土重量。
2.根据权利要求1所述的一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法，其特征在于，步骤1根据螺旋输送机内排土的运动条件得到理论排土量表达式：
上式，Q为理论排土量，Dc为螺旋输送机内筒壁直径；Ds为螺旋轴直径；Df为叶片直径；n为螺旋输送机转速；θ为螺旋输送机内排土的流动角；φf为叶片直径处螺旋角。
3.根据权利要求1所述的一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法，其特征在于，步骤2根据螺旋输送机内排土的受力分析得到螺旋输送机入口处土压力表达式：
上式，P为螺旋输送机入口处土压力；P0为螺旋输送机出口处土压力；h为螺旋输送机通道深度；L为螺旋输送机筒壁的长度；S为螺旋输送机螺距；e为螺旋输送机叶片厚度；τc为螺旋输送机筒壁对排土剪应力；β为土压平衡盾构机集中螺旋输送机水平方向放置倾角；ρ为螺旋输送机内输送排土的平均密度；g为重力加速度；α为剪应力比例系数；φa为叶片平均直径处的螺旋角；φs为螺旋轴直径处的螺旋角；φf为叶片直径处螺旋角；θ为螺旋输送机内排土的流动角。
4.根据权利要求1所述的一种快速计算土压平衡盾构机排土量的方法，其特征在于，步骤3根据对螺旋...
【专利技术属性】
技术研发人员：文祝，白祥瑞，韩松彤，戎晓力，张国凯，王振，王明洋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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