申请/专利权人：中交一航局第三工程有限公司;中交第一航务工程局有限公司

申请日：2024-01-26

公开（公告）日：2024-03-01

公开（公告）号：CN117627669A

主分类号：E21D9/11

分类号：E21D9/11;G06F30/23;G06F30/13;G06F17/11;E21D9/12;G06F119/14

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.03.19#实质审查的生效;2024.03.01#公开

摘要：本发明涉及地下空间施工技术领域，具体公开了一种基于盲区超前导洞扩挖的矩形顶管施工方法，包括：S1、开展始发井、接收井施工作业，S2、进行盲区超前导洞扩挖模拟，S3、利用plaxis对后续矩形顶进的工况进行论证分析，S4、进行盲区超前导洞扩挖施工，S5、土层矩形顶管机的改进和S6、矩形顶管始发接收、正常顶进；本发明在矩形顶管顶进前提前处理盲区，并改进传统土层矩形顶管机，通过将有限元法FEM和边界元法BEM结合，对矩形顶管盲区超前导洞扩挖进行模拟，将二维平面问题简化，明确超前导洞扩挖的孔位位置、孔洞大小、范围、渗透率参数，进一步地分析地应力平衡、地表沉降、地下水流，保证盲区超前导洞扩挖的科学性、安全性和可行性。

主权项：1.一种基于盲区超前导洞扩挖的矩形顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、开展始发井、接收井施工作业；S2、进行盲区超前导洞扩挖模拟：通过将有限元法FEM和边界元法BEM结合，对矩形顶管盲区超前导洞扩挖进行模拟，将二维平面问题简化，明确超前导洞扩挖的孔位位置、孔洞大小、范围、渗透率参数，进一步地分析地应力平衡、地表沉降、地下水流，保证盲区超前导洞扩挖的科学性、安全性和可行性，具体包括：S21、将盲区超前导洞扩挖建模为一个边界值问题，确定边界和内部区域，以及地表和地下水流的物理参数；S22、将问题域分割为有限元网格和边界元网格，其中有限元网格用于描述问题的内部区域，而边界元网格用于描述边界；S23、使用有限元法，在有限元网格上建立物理方程的离散形式，得到地下工程中的位移、应力分布，具体如下：在有限元网格上，使用弹性方程： ;其中,表示梯度运算符,σ是应力张量，通过背应力-位移关系得到： 其中，C是弹性刚度矩阵，ε是应变张量，与位移u之间通过以下关系建立： ；其中,表示梯度运算符,作用于位移场u用于计算位移场的梯度，u的梯度是一个列向量，其中包含了位移场在各个坐标方向上的变化率,符号表示为位移场u的梯度向量;S24、使用边界元法，处理求解边界上的势流问题，得到地下水位、渗透率，具体如下：在边界元网格上，可以使用渗流方程来描述地下水流： 其中，表示梯度运算符，h是一个标量场，表示水头，k是渗透率，为一个常数; :计算标量场h的梯度，得到一个向量场; :将梯度向量场乘以常数k的负值; ：计算结果向量场的散度，表示该向量场在某一点的流出或流入速率；二维势流问题的基本解表示为： 其中，G是势函数，x和x'是空间中的两个点，用于计算边界上的位势；S3、根据S2中制定的盲区预处理方案模拟方案，利用plaxis通用岩土有限元计算软件对后续矩形顶进的工况进行论证分析，确保顶进过程的安全性；S4、进行盲区超前导洞扩挖施工：根据S2、S3中模拟论证结果，开展洞门破除、先导孔及分级回扩成孔、工作井回填、孔道充填和路面沉降观测；S5、土层矩形顶管机的改进，对矩形顶管机进行改进，提高掘进效率；S6、矩形顶管始发接收、正常顶进：洞门止水钢环安装、井下基座安装、井下顶推系统安装、顶管机拼装及试运行、土压力建立与调整控制、姿态测量与纠偏、触变泥浆减阻、渣土改良外运、管节吊放安装、道路导改及施工监测、泥浆置换、内防水施工、顶管机拆除吊运。

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权利要求：

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