[发明专利]预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法及系统

权利要求书

1.一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：包括以下步骤：

建立隧道模型，根据隧道围岩或周围土体的力学性质与物理力学参数对土体或者围岩建立模型，并对构建的模型进行初始赋值，形成数值模型，对数值模型进行初始应力的计算调整，直到应力初步平衡；

将初步平衡计算造成的三轴方向的变形位移归零，进行模拟开挖的数值设置，分别模拟施加盾构掘进推力、注浆压力和设置所需的监测点，对开挖模型设置合理开挖步距，采用实际参数对其进行赋值；

将隧道模型配置于三维直角坐标系内，按照设置的参数进行模拟开挖，记录所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量，拟合出所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量曲线，选择拟合度最高的曲线与该曲线的回归方程，建立实测残余变形与数值模型建立数值关系；

根据实际情况选择，以土体内埋设的充填注浆管片的每环管片的宽度为开挖步距，将隧道模型开挖一定的距离来模拟实际过程中无法监测到的距离，根据实际情况对所建数值模型设置监测点，设置于模型管片下方，记录隧道模型开挖计算而引起的后方管片结构沉降的数据；将数据进行整理绘制出实际无法监测到的区间内所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量，拟合出该区间内所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量曲线；

其中，在构建的坐标系上已开挖的土体区间内每a米设置一个监测点监测盾构开挖过程中管片结构沉降，将掌子面后方单位开挖步距设置为a米一步进行开挖，每次开挖后将开挖计算文件进行保存，监测点需要能够监测到掌子面后方设定距离的位置的管片结构沉降。

2.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：对构建的模型进行初始赋值具体包括根据实际土体分布情况建立网格模型，定义模型的材料属性，设置边界条件和初始条件。

3.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：将整个隧道模型建立一个三维坐标系上，将数值模型的第一步开挖的面作为0界面，隧道进深方向为Y轴，隧道两侧为X轴，隧道埋深纵向为Z轴。

4.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：

将每个掌子面设定距离以内开挖段内的监测点在开挖a米的过程中的沉降量变化曲线，同时分别拟合出多段掌子面设定距离内的沉降量变化曲线。

5.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：通过对比选择拟合度最高的曲线与该曲线的回归方程作为得到的结果，其中横坐标为所建数值模拟坐标系的累计开挖步距，纵坐标为监测点的单位开挖步距的沉降量，确定两者的拟合关系。

6.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：每段沉降量变形曲线的首个监测点即掌子面后方设定距离处监测的管片沉降量为实际工程中所能监测到的实测残余变形量，该监测点与实际工程中实测残余变形量进行对比。

7.如权利要求1所述的一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算方法，其特征是：将收集到的监测数据进行整理，将实际中获取的时效性满足设定强度的监测点，与数值模拟中相对应的该监测点组成一对坐标，实际工程中监测的实测残余沉降量作为横坐标，数值模拟中相对应的该监测点监测的沉降量作为纵坐标，绘制出实测残余变形与数值模型相同监测点的监测数据关系曲线。

8.一种预测隧道盾构开挖过程全变形的计算系统，其特征是：被配置为执行以下指令：

建立隧道模型，根据隧道围岩或周围土体的力学性质与物理力学参数对土体或者围岩建立模型，并对构建的模型进行初始赋值，形成数值模型，对数值模型进行初始应力的计算调整，直到应力初步平衡；

将初步平衡计算造成的三轴方向的变形位移归零，进行模拟开挖的数值设置，分别模拟施加盾构掘进推力、注浆压力和设置所需的监测点，对开挖模型设置合理开挖步距，采用实际参数对其进行赋值；

将隧道模型配置于三维直角坐标系内，按照设置的参数进行模拟开挖，记录所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量，拟合出所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量曲线，选择拟合度最高的曲线与该曲线的回归方程，建立实测残余变形与数值模型建立数值关系；

根据实际情况选择，以土体内埋设的充填注浆管片的每环管片的宽度为开挖步距，将隧道模型开挖一定的距离来模拟实际过程中无法监测到的距离，根据实际情况对所建数值模型设置监测点，设置于模型管片下方，记录隧道模型开挖计算而引起的后方管片结构沉降的数据；将数据进行整理绘制出实际无法监测到的区间内所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量，拟合出该区间内所有监测点的单位步距开挖过程中的沉降变形量曲线；

其中，在构建的坐标系上已开挖的土体区间内每a米设置一个监测点监测盾构开挖过程中管片结构沉降，将掌子面后方单位开挖步距设置为a米一步进行开挖，每次开挖后将开挖计算文件进行保存，监测点需要能够监测到掌子面后方设定距离的位置的管片结构沉降。