一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法技术

本申请提供了一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，包括：根据小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，盾构机与土体的摩擦系数、小曲率半径盾构隧道的土体浮容重、盾构机的法向土压力系数、盾构机的等效容重，基于预设的盾周土压力模型，确定盾构机推进时的盾周土压力；根据小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，盾构机的正面土压力调整系数、盾构机的静止土压力系数、盾构机的水压力系数，基于预设的盾头土压力模型，确定盾构机推进时的盾头土压力；根据盾周土压力和盾头土压力，确定盾构机推进时的千斤顶总推力；根据小曲率半径盾构隧道的土体弹簧常数、盾构机转动过一次的转角，基于预设的推进转矩模型，确定盾构机推进时的转矩。矩。矩。

【技术实现步骤摘要】
一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法


[0001]本申请涉及盾构隧道施工
，特别涉及一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法。

技术介绍

[0002]随着社会、经济的高速发展，城市化进程的不断加剧，对地面资源的利用趋于饱和，城市地下空间资源的开发和利用成为社会可持续发展的重要方向之一。盾构法隧道施工以其施工速度快、安全高效、对城市地面环境干扰小等优点而成为地铁等地下隧道建设的主要功法之一。然而，随着城市地下空间的进一步开发，受深基坑与地下管道等影响，地铁轴线设计有时会出现小半径曲线，对盾构施工控制技术提出了更高的要求。
[0003]小曲率半径隧道轴线控制难度大。由于盾构机本身为直线型刚体，为了使隧道轴线与设计轴线拟合，因而，推进过程中需要进行连续纠偏，以精准地控制盾构机姿态。盾构机要依靠调整盾构推进压力实现曲线转弯和纠偏，隧道轴线半径越小，纠偏灵敏度越低，轴线就越难以控制，这极大地增加了轴线控制和纠偏难度。
[0004]在实际工程中，通常依据施工经验进行调整千斤顶力系分配，增加了施工难度，同时存在极大的安全隐患。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0007]本申请提供了一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，包括：步骤S1、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，所述盾构机与土体的摩擦系数、所述小曲率半径盾构隧道的土体浮容重、所述盾构机的法向土压力系数、所述盾构机的等效容重，基于预设的盾周土压力模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力；步骤S2、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，所述盾构机的正面土压力调整系数、所述盾构机的静止土压力系数、所述盾构机的水压力系数，基于预设的盾头土压力模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力；步骤S3、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力和所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的千斤顶总推力；步骤S4、根据所述小曲率半径盾构隧道的土体弹簧常数、所述盾构机转动过一次的转角，基于预设的推进转矩模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的转矩。
[0008]优选的，在步骤S1中，基于预设的盾周土压力模型：
[0009][0010]计算所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力F
s
；
[0011]其中，μ表示所述小曲率半径盾构与土体的摩擦系数；L表示盾构机的总长度；γ
′
表示所述小曲率半径盾构隧道的土体浮容重；K
θ
表示盾构机的法向土压力系数；D表示盾构机的刀盘直径；H表示所述小曲率半径盾构隧道的土层厚度；γ
′
ε
表示盾构机的等效容重；θ表示所述盾构机的刀盘上的任一点与水平面的夹角。
[0012]优选的，在步骤S1中，按照公式：
[0013][0014]计算盾构机的法向土压系数K
θ
；
[0015]其中，K
h
为所述盾构机周围水平向土压力系数；K
v
表示所述盾构机周围竖向土压力系数。
[0016]优选的，在步骤S2中，基于预设的盾头土压力模型：
[0017][0018]计算所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力F
head
；
[0019]其中，λ表示盾构机的正面土压力调整系数；D表示盾构机的刀盘直径；K0表示盾构机的静止土压力系数，机的静止土压力系数，为土体内摩擦角；γ
′
表示所述小曲率半径盾构隧道的土体浮容重；K
w
表示盾构机的水压力系数；γ
w
表示水容重；H表示所述小曲率半径盾构隧道的土层厚度。
[0020]优选的，在步骤S2中，在砂土和粉土地层，所述盾构机的水压力系数K
w
＝1；在黏性土层，所述盾构机的水压力系数K
w
＝K0。
[0021]优选的，土层为粘性土时，所述盾构机的正面土压力调整系数λ的取值范围为[1.05，1.12]。
[0022]优选的，在步骤S3中，所述根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力和所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的千斤顶总推力，具体为：对所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力和所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力进行和运算，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的千斤顶总推力。
[0023]优选的，在步骤S4中，基于预设的推进转矩模型：
[0024][0025]计算所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的转矩M；
[0026]其中，k表示小曲率半径盾构隧道的土体弹簧常数；α表示盾构机转动过一次的转角；D表示盾构机的刀盘直径；L
f
表示盾构机的前盾长度。
[0027]优选的，在步骤S4中，按照公式：
[0028][0029]计算所述小曲率半径盾头隧道的土体弹簧常数k；
[0030]其中，E
s
为土体弹性模型；E
p
为所述盾构机的弹性模型；I
p
为所述盾构机的惯性矩；v为土体的泊松比。
[0031]优选的，所述小曲率半径盾构隧道推进参数的确定方法还包括：根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的千斤顶总推力和所述盾构机推进时的转矩，对所述盾构机转动一次转角进行推力分配。
[0032]与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0033]本申请实施例的一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，综合考虑土层地质条件、装备结构对盾构机的影响，快速准确的计算出小曲率半径盾构隧道盾构机推进过程中的千斤顶总推力以及转矩，为小曲率半径盾构隧道盾构机的轨迹规划、纠偏等提供可靠的依据，有利于小曲率半径盾构隧道盾构机在施工过程中对转弯时的推力进行精确分配和实时调整。
附图说明
[0034]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
[0035]图1为根据本申请的一些实施例提供的一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法的流程示意图；
[0036]图2为根据本申请的一些实施例提供的盾构机盾壳法向静止土压力；
[0037]图3为根据本申请的一些实施例提供的盾构机盾头压力示意图；
[0038]图4为根据本申请的一些实施例提供的盾构机曲线段盾周土压力增量俯视示意图；
[0039]图5为根据本申请的一些实施例提供的盾构机曲线段盾头土压力增量俯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，其特征在，包括：步骤S1、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，所述盾构机与土体的摩擦系数、所述小曲率半径盾构隧道的土体浮容重、所述盾构机的法向土压力系数、所述盾构机的等效容重，基于预设的盾周土压力模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力；步骤S2、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时，所述盾构机的正面土压力调整系数、所述盾构机的静止土压力系数、所述盾构机的水压力系数，基于预设的盾头土压力模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力；步骤S3、根据所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力和所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的千斤顶总推力；步骤S4、根据所述小曲率半径盾构隧道的土体弹簧常数、所述盾构机转动过一次的转角，基于预设的推进转矩模型，确定所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的转矩。2.根据权利要求1所述的小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，其特征在于，在步骤S1中，基于预设的盾周土压力模型：计算所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾周土压力F
s
；其中，μ表示所述小曲率半径盾构与土体的摩擦系数；L表示盾构机的总长度；γ
′
表示所述小曲率半径盾构隧道的土体浮容重；K
θ
表示盾构机的法向土压力系数；D表示盾构机的刀盘直径；H表示所述小曲率半径盾构隧道的土层厚度；γ
′
ε
表示盾构机的等效容重；θ表示所述盾构机的刀盘上任一点与水平面的夹角。3.根据权利要求2所述的小曲率半径盾构隧道推进参数的确定方法，其特征在于，在步骤S1中，按照公式：计算盾构机的法向土压系数K
θ
；其中，K
h
为所述盾构机周围水平向土压力系数；K
v
表示所述盾构机周围竖向土压力系数。4.根据权利要求1所述的小曲率半径盾构隧道推进参数确定方法，其特征在于，在步骤S2中，基于预设的盾头土压力模型：
计算所述小曲率半径盾构隧道盾构机推进时的盾头土压力F
head
；其中，λ表示盾构机的正面土压力调整系数；D表示盾构机的刀盘直径；K0表示盾构机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄求新，安刚建，韩清，张鹏飞，孙立强，袁正璞，高国平，王仕成，张伟，雷荡，潘茂，郎瑞卿，张雨蓉，施杰，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司天津大学，
类型：发明
国别省市：