一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法和系统技术方案

本申请提供了一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法和系统。该刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法包括：基于一维固结方法，建立所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压模型；其中，所述振动孔压模型用于表征所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压增长，基于本征函数法，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力。籍此，通过动载荷随时间增长的孔压情况，对土体的喷涌判断提供依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法和系统


[0001]本申请涉及盾构施工
，特别涉及一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法和系统。

技术介绍

[0002]土压平衡式盾构机发生喷涌和螺旋输送机后闸门口的孔压密切相关，当螺旋输送机后闸门口的孔压过大时便会发生喷涌，导致泥水喷出，盾构无法正常掘进。
[0003]喷涌发生时会严重影响到连接桥区域内的施工环境，甚至影响到盾尾及整个台车工作范围。这样施工中就不可避免造成停机，必须清理渣土，而渣土清理采用人工清理，耗时长。其次，当盾构机停止掘进，关闭螺旋输送机出渣口闸门时，土仓内的泥水又迅速填满整个螺旋输送机，一旦重新开启闸门，将又会产生喷涌。这样就会形成恶性循环，掘进速度放缓，盾尾渣土清理时间很长，严重影响盾构施工进度。再次，由于在喷涌过程中无法有效控制实际出土量，使得盾构在推进过程中难以建立真正的土压平衡，从而加大对地层的扰动，甚至会引发地表塌陷等次生灾害。
[0004]目前，国内外对喷涌灾害的研究主要集中于喷涌的防治和改良，而针对喷涌发生机理的，从一维静力的角度考虑了盾构施工荷载对底层孔隙水压力分布的影响，建立了土压平衡盾构压力舱、螺旋输送机整体模型，分析了喷涌发生的条件，但未考虑刀盘掘进振动荷载作用下引起的压力舱、螺旋输送机水压力分布变化，还没有考虑掘进过程掘进面收到刀盘掘进振动荷载的孔压计算。
[0005]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

[0006]本申请的目的在于提供一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0007]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0008]本申请提供了一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法，包括：步骤S101、基于一维固结方法，建立所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压模型；其中，所述振动孔压模型用于表征所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压增长，所述振动孔压模型为：
[0009][0010]其中，以掘进面为零点，x表示距离盾构机掘进面的距离，μ表示土层中孔隙水压力，μ(x,t)表示距离盾构机掘进面的x距离在t时刻的孔隙水压力；；C
v
表示土层的固结系数；γ
w
表示水的重度；L为盾构机的总长度；表示土压平衡盾构静止状态下的渣土水头分布；μ
g
表示不排水条件下饱和砂土的孔压振动的上升；f为循环荷载的振动频率；T为循环荷载的振动周期；σ
′
c
为土仓压力，a和b是与掘进面所受的动荷载、频率以及土仓压力有关的拟合参数；步骤S102、基于本征函数法，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力。
[0011]优选的，在步骤S101中，所述渣土水头分布为：
[0012][0013]其中，Q为土压仓内水流量，L1为压力舱的长度，L为盾构机的总长度，A1为压力舱的截面积，A2为螺旋排土器的截面积，H1为压力舱前端开挖面的测压管水头高度，H2为排土器出口处的测压管水头高度，θ为螺旋排土器的安设倾角，k为盾构机开挖渣土的渗透系数。
[0014]优选的，步骤S102包括：基于预设的本征函数集，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力；其中，所述本征函数集为：
[0015][0016]对应的，由
[0017][0018]得到任意时刻t土层中的孔隙水压力μ(x,t)。
[0019]优选的，所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法还包括：根据土压平衡盾构机的平均推进速度和压力舱直径，以及开挖土体的孔隙率，确定土压平衡盾构机在掘进状态下土压仓内水流量Q。
[0020]优选的，开挖土体的孔隙率e0＝0.5。
[0021]优选的，在步骤S101中，盾构机开挖渣土的渗透系数k＝1
×
10
‑6cm/s；土层的固结系数C
v
＝0.102cm2/s。
[0022]优选的，土仓压力σ
′
c
＝100kPa，循环荷载的振动频率频率f＝1hz时，a＝3.304；b＝0.28。
[0023]本申请实施例还提供一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断系统，包括：模型建立单元，配置为基于一维固结方法建立所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压模型：其中，所述振动孔压模型用于表征所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压增长，所述振动孔压模型为：
[0024][0025]其中，以掘进面为零点，x表示距离盾构机掘进面的距离，μ表示土层中孔隙水压力，μ(x,t)表示距离盾构机掘进面的x距离在t时刻的土层中孔隙水压力；C
v
表示土层的固结系数；γ
w
表示水的重度；L为盾构机的总长度；表示土压平衡盾构静止状态下的渣土水头分布；μ
g
表示不排水条件下饱和砂土的孔压振动的上升；f为循环荷载的振动频率；T为循环荷载的振动周期；σ
′
c
为土仓压力，a和b是与掘进面所受的动荷载、频率以及土仓压力有关的拟合参数；
[0026]孔隙水压力单元，配置为基于本征函数法，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力。
[0027]有益效果：
[0028]本申请实施例提供的刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断技术中，首先，基于一维固结方法，建立土压平衡盾构静止状态下的渣土水头分布在刀盘掘进振动荷载作用下的土压平衡盾构的振动孔压模型；然后，基于本征函数法，根据振动孔压模型，确定刀盘振动荷载作用下任意时刻t土层中的孔隙水压力。籍此，通过动载荷随时间增长的孔压情况，对土体的喷涌判断提供依据。
附图说明
[0029]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：
[0030]图1为根据本申请的一些实施例提供的一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法的流程示意图；
[0031]图2为根据本申请的一些实施例提供的土压平衡盾构静止状态下的渣土水头分布的原理示意图；
[0032]图3为本申请的一具体实施例中t＝0时刻下的振动孔压模型得到的孔隙水压力与土压平衡盾构土压力初始条件下的孔压值的对比示意图；
[0033]图4为图3实施例的初始条件下得到的排土口孔压变化图；
[0034]图5为根据本申请的一些实施例提供的一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断系统的结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法，其特征在于，包括：步骤S101、基于一维固结方法，建立所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压模型；其中，所述振动孔压模型用于表征所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构的振动孔压增长，所述振动孔压模型为：其中，以掘进面为零点，x表示距离盾构机掘进面的距离，μ表示土层中孔隙水压力，μ(x,t)表示距离盾构机掘进面的x距离在t时刻的孔隙水压力；C
v
表示土层的固结系数；γ
w
表示水的重度；L为盾构机的总长度；表示土压平衡盾构静止状态下的渣土水头分布；μ
g
表示不排水条件下饱和砂土的孔压振动的上升；f为循环荷载的振动频率；T为循环荷载的振动周期；σ
′
c
为土仓压力，a和b是与掘进面所受的动荷载、频率以及土仓压力有关的拟合参数；步骤S102、基于本征函数法，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力。2.根据权利要求1所述的刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法，其特征在于，在步骤S101中，所述渣土水头分布为：其中，Q为土压仓内水流量，L1为压力舱的长度，L为盾构机的总长度，A1为压力舱的截面积，A2为螺旋排土器的截面积，H1为压力舱前端开挖面的测压管水头高度，H2为排土器出口处的测压管水头高度，θ为螺旋排土器的安设倾角，k为盾构机开挖渣土的渗透系数。3.根据权利要求2所述的刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法，其特征在于，步骤S102包括：基于预设的本征函数集，根据所述振动孔压模型，确定任意时刻t土层中的孔隙水压力；其中，所述本征函数集为：
对应的，由得到任意时刻t土层中的孔隙水压力μ(x,t)。4.根据权利要求2所述的刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判断方法，其特征在于，所述刀盘掘进振动荷载作用的土压平衡盾构喷涌判...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洋，崔广宇，佟方硕，孙健平，刘强，莫宏岩，王欢，张凯，
申请(专利权)人：中铁九局集团第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：