[发明专利]一种顶管隧洞断面优化方法

摘要

本发明提供了一种顶管隧洞断面优化方法，首先进行预掘进，使掘进的隧洞自然变形，监测土层实际的拱顶下沉数值并作为后续判断的依据；按照给定的土层参数计算与已掘进隧洞相同的断面形状下的拱顶沉降，将计算值与实际测量值进行对比，当二者吻合时则说明给定的土层参数符合实际，可在此基础上反演推算超挖范围；设计不同的超挖断面形状，通过多次搜索不同超挖断面形状对应的拱顶沉降，直到找到拱顶沉降后土层恰好与顶管管道顶部之间刚接触，但是没有额外夹持力的情形，并将对应的超挖后的断面做为最优断面，通过在掘进过程中不断监测拱顶沉降、修正土层参数、选取合适的超挖断面形状，使得顶管左右及上方均有良好间隙，消除土层的上下夹持作用。

主权项

一种顶管隧洞断面优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预掘进：利用顶管机掘进设定距离后停止作业，使预掘进的隧洞自然变形、拱顶下沉；(2)监测拱顶下沉数值；(3)确定符合实际的土层参数：(3‑1)按照设定的土层参数、设定的与已掘进隧洞相同的断面形状，采用数值模拟方法计算拱顶沉降；(3‑2)将计算得到的拱顶沉降与监测得到的拱顶下沉数值进行对比，若不吻合，则调整土层参数，重复步骤(3‑1)至计算的拱顶沉降与步骤(2)得到的拱顶下沉数值吻合，则此时的土层参数为符合实际的土层参数，吻合判断标准为拱顶下沉数值不大于拱顶沉降，且拱顶沉降与拱顶下沉数值之间的误差小于5％拱顶下沉数值；(4)确定最优断面形状：(4‑1)建立断面形状数据库：设计不同的超挖断面形状，依据符合实际的土层参数采用数值模拟方法计算不同超挖断面形状下的拱顶沉降数值，建立包含不同超挖断面形状及其对应的拱顶沉降数值的断面形状数据库；(4‑2)反演推算超挖范围：在断面形状数据库中进行搜索，以拱顶沉降后土层与顶管顶部虚接触时的拱顶沉降数值所对应的超挖断面形状为最优断面形状；(5)改变掘进断面形状：根据最优断面形状调整顶管机的刀盘的位置和/或结构，使得刀盘作业得到的隧洞断面形状与最优断面形状相同，采用刀盘调整后的顶管机继续掘进隧洞剩余部分，改变隧洞剩余部分的掘进断面形状；(6)掘进过程中重复步骤(2)至步骤(5)，直至完成隧洞掘进。