【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法及系统，属于基坑开挖施工。
技术介绍
1、公知的，在基坑土方开挖作业中，盆式开挖是一种常见的方式。盆式开挖中保留的反压土，一是可以在一定程度上减小基坑支护结构的受力变形，二是可以减轻土方开挖作业对坑外岩土体的扰动以及对周边既有结构、管线设施的影响。但在土方开挖至下层支撑结构标高或底板标高后，需要逐步清除反压土体，以暴露支撑结构或结构底板、垫层的作业面。
2、目前，如何通过优化调整反压土开挖清除顺序，以实现基坑支护体系在土方开挖中的变形最小化，进而减小对周围管线和建筑环境的影响；或实现基坑支护体系在土方开挖中的受力最小化，进而减小临时支护结构的截面尺寸并减少材料投入，成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了克服相关技术的上述不足，本专利技术提供一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法及系统，该方法及系统能够在施工中获取支护体系的最小受力变形状态的开挖顺序，能够确保围护结构在挖除反压土过程中所受影响最小。
2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
3、本申请第一方面的技术方案提供一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，包括以下步骤：
4、s1、建立基坑支护体系变形计算模型；
5、s2、运用基坑支护体系变形计算模型计算至反压土开挖前的工况，获得此时支护体系的轴力分布数据f0和弯矩分布数据m0；
6、s3、列举所有可能的土方开挖顺序并标记为ei(i＝1,2……,n)
7、s4、以应变能最小的优化原则构建目标函数f(i)；
8、s5、根据基坑支护体系变形计算模型进行反压土开挖模拟计算，获得按各种开挖顺序ei的开挖施工产生的支护体系的内支撑轴力分布数据fi、围护结构弯矩分布数据mi；
9、s6、以目标函数f(i)取最小值时对应的土方开挖顺序ei为最优，判断此时支护体系的最大内力和变形是否满足工程需要，如不满足，则返回步骤(1)；如安全储备过高，则在保证安全的基础上减小支护结构截面尺寸；如满足，则按该土方开挖顺序ei编制土方开挖的最优施工方案，并按照此最优施工方案进行土方开挖作业。
10、作为第一方面技术方案的进一步可选设计，所述步骤s1具体包括以下步骤：
11、s11、通过现场勘察获取工程地质和水文地质参数，按照岩土力学原理计算确定支护体系设计方案；
12、s12、以工程地质、水文地质参数及支护体系设计方案为依据，确定土方开挖分区分块方案；
13、s13、以工程地质、水文地质参数及支护体系设计方案为依据，通过岩土工程专用计算程序或通用有限元计算程序，建立基坑支护体系变形计算模型。
14、作为第一方面技术方案的进一步可选设计，当以基坑围护结构变形、内力为优化目标时，所述目标函数f(i)为：
15、
16、式中，l1为围护结构元段长度，mij为开挖顺序ei时围护结构元段j的平均弯矩值，m0为围护结构元段j的初始弯矩值，e为材料弹性模量，i为围护结构截面惯性矩。
17、作为第一方面技术方案的进一步可选设计，当以基坑围护结构变形、内力为优化目标时，所述目标函数f(i)为：
18、
19、式中：l2为内支撑计算长度，fij为在开挖方案为ei时内支撑k的平均轴力值，f0为内支撑k的初始轴力值，e为材料弹性模量，a为内支撑结构截面面积。
20、作为第一方面技术方案的进一步可选设计，所述基坑支护体系变形计算模型具体为：
21、围护结构为一竖直放置的梁；主动区土体和被动区土体的水压力和土压力分别以弹簧弹力的方式作用于所述梁；被动区土体的水压力和土压力弹簧弹力均随开挖逐渐卸除；内支撑和反压土也均以弹簧弹力的方式作用于所述梁。
22、本申请第二方面的技术方案提供一种盆式开挖反压土挖除方案优化系统，包括以下模块：
23、计算模块，所述计算模块配置为执行第一方面中任一项所述盆式开挖反压土挖除方案优化方法的步骤s1-s3；
24、优化模块，所述优化模块配置为执行第一方面中任一项所述盆式开挖反压土挖除方案优化方法的步骤s4-s5；
25、分析模块，所述分析模块配置为执行第一方面中任一项所述盆式开挖反压土挖除方案优化方法的步骤s6。
26、相比相关技术，本专利技术的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法及系统，借助步骤s1-s3可构建起土方开挖方案分析模型，进而以此为基础，利用基坑支护体系变形计算模型、反压土开挖前的工况时支护体系的轴力分布数据f0和弯矩分布数据m0，同时结合所有可能的土方开挖顺序和目标函数f(i)，通过遍历所有可能开挖受力状态，实现了在施工中寻找到支护体系(围护体或内支撑体)的最小受力变形状态的开挖顺序，进而能够确保围护结构在挖除反压土过程中所受影响最小。
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1.一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，当以基坑围护结构变形、内力为优化目标时，所述目标函数f(i)为：
4.根据权利要求2所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，当以基坑围护结构变形、内力为优化目标时，所述目标函数f(i)为：
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，所述基坑支护体系变形计算模型具体为：
6.一种盆式开挖反压土挖除方案优化系统，其特征在于，包括以下模块：
【技术特征摘要】
1.一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种盆式开挖反压土挖除方案优化方法，其特征在于，当以基坑围护结构变形、内力为优化目标时，所述目标函数f(i)为：
4...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋卓华，任宝双，郁志伟，胡庆康，翟浩博，毛五洲，
申请(专利权)人：中交建筑集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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