CN110593883A - 一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，属于盾构施工环境影响技术领域，通过建立管线沉降与地表沉降之间的关联，实现监测地表沉降即可判定管线安全性态。该方法首先结合盾构施工参数、管线参数以及土体参数通过三维有限元模型建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程，同时布设地表沉降监测点，获取盾构掘进中地表沉降曲线；然后推导出管线沉降曲线；接着根据管线沉降曲线曲率，反推出管线内力；最后将管线内力与容许内力进行比较，判定安全状态。该方法可以不用直接对管线加以监测，通过建立地表沉降与管线沉降之间的关联，实现监测地表沉降数据即可判定管线安全性态，大大减少了工程中监测工作量以及监测难度。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工环境影响技术领域，具体涉及一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法。
背景技术
现有的地下管线变形监测主要由以下几种方式：
一是对于管径较大的，可以人工进入到管线安装传感器予以监测，该种方式比较耗费人力，对于一些上水、下水以及煤气等压力管道，人工安装存传感器在极大的风险；
二是对于管径较小的，则从地面插入长探管至管道所在位置，测其周围土体沉降来近似管道沉降，该种方法虽然也是间接方法，但是所测得数据并不是管道的变形数据，误差相对来说还是较大，且测量费时费力。
因此，亟需提供一种操作简便的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，主要通过建立管线沉降与地表沉降之间的关联，实现监测地表沉降即可判定管线安全性态。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，包括：
步骤S1:根据工程资料，获取盾构施工参数、既有管线参数和土体参数；
步骤S2:基于步骤S1所获取的参数，采用数值软件对盾构穿越管线施工进行模拟；
步骤S3:提取数值模拟中地表沉降和管线沉降曲线，其中L代表盾构截面中线向水平两端延伸的距离，S代表地表和管线的竖向变形；地表沉降曲线拟合为函数S1＝f1(L)，管线竖向变形曲线拟合为函数S2＝f2(L)，结合函数f1(L)和f2(L)，建立两个函数之间的联系，即为S1＝αS2，其中α为两个函数之间的联系因子；
步骤S4:依据地表沉降和管线沉降建立的关系，确立地表沉降监测位置及监测方案；
步骤S5:获取地表沉降曲线，通过S1＝αS2关系式，计算得到管线的竖向变形曲线；
步骤S6:通过步骤S5中的管线竖向变形曲线反算得到管线的内力σ，并将管线计算内力σ与容许内力[σ]进行比较，当σ≥[σ]时，管线处于不安全状态，σ≤[σ]时，管线处于安全状态。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：
本发明提供的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，该方法首先结合盾构施工参数、管线参数以及土体参数通过三维有限元模型建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程，同时布设地表沉降监测点，获取盾构掘进中地表沉降曲线；然后推导出管线沉降曲线；接着根据管线沉降曲线曲率，反推出管线内力；最后将管线内力与容许内力进行比较，判定安全状态。该方法可以不用直接对管线加以监测，通过建立地表沉降与管线沉降之间的关联，实现监测地表沉降数据即可判定管线安全性态，大大减少了工程中监测工作量以及监测难度。
进一步地，为了能够更加真实的反映出管道与土体间的相互作用关系，所述步骤S2在模拟中土体与管道间设置接触关系。
进一步地，所述联系因子α根据实际拟合和联系来确定，为常数或者函数。
进一步地，步骤S2中包括布设地表沉降监测点，从而获取盾构掘进中地表沉降曲线。
进一步地，所述步骤S2中还包括建立盾构施工对管线影响的三维有限元模型，从而建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程。
附图说明
图1为本发明一实施例中间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法的流程图；
图2为本发明一实施例中间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法中盾构施工对临近管线影响的三维数值模型；
图3为本发明一实施例中间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法中地表沉降与管线沉降数值计算结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
本发明的主要思路是：首先通过数值方法建立起管线沉降曲线与地表沉降曲线之间的联系，然后基于该联系通过实际监测地表沉降，推导出管线沉降曲线，最后反算出管线内力，并与管线材料允许内力进行比较，判定管线是否处于安全状态。
实施例一
下面结合图1至图3，详细说明本发明的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法的结构组成。
请参考图1至图3，一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，该方法包括如下步骤：
步骤S1:根据工程资料，获取盾构施工参数、既有管线参数和土体参数；
步骤S2:基于步骤S1所获取的参数，采用数值软件对盾构穿越管线施工进行模拟；
步骤S3:提取数值模拟中地表沉降和管线沉降曲线，其中L代表盾构截面中线向水平两端延伸的距离，S代表地表和管线的竖向变形；地表沉降曲线拟合为函数S1＝f1(L)，管线竖向变形曲线拟合为函数S2＝f2(L)，结合函数f1(L)和f2(L)，建立两个函数之间的联系，即为S1＝αS2，其中α为两个函数之间的联系因子；
步骤S4:依据地表沉降和管线沉降建立的关系，确立地表沉降监测位置及监测方案；
步骤S5:获取地表沉降曲线，通过S1＝αS2关系式，计算得到管线的竖向变形曲线；
步骤S6:通过步骤S5中的管线竖向变形曲线反算得到管线的内力σ，并将管线计算内力σ与容许内力[σ]进行比较，当σ≥[σ]时，管线处于不安全状态，σ≤[σ]时，管线处于安全状态。
具体来说，本实施例提供的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，首先结合盾构施工参数、管线参数以及土体参数通过三维有限元模型建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程，同时布设地表沉降监测点，获取盾构掘进中地表沉降曲线；然后推导出管线沉降曲线；接着根据管线沉降曲线曲率，反推出管线内力；最后将管线内力与容许内力进行比较，判定安全状态。该方法可以不用直接对管线加以监测，通过建立地表沉降与管线沉降之间的关联，实现监测地表沉降数据即可判定管线安全性态，大大减少了工程中监测工作量以及监测难度。
在本实施例中，更优选地，为了能够更加真实的反映出管道与土体间的相互作用关系，所述步骤S2在模拟中土体与管道间设置接触关系。
在本实施例中，更优选地，联系因子α根据实际拟合和联系来确定，为常数或者函数。
在本实施例中，更优选地，步骤S2中包括布设地表沉降监测点，从而获取盾构掘进中地表沉降曲线。
在本实施例中，更优选地，步骤S2中还包括建立盾构施工对管线影响的三维有限元模型即三维数值模型，从而建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，其特征在于，包括：
步骤S1:根据工程资料，获取盾构施工参数、既有管线参数和土体参数；
步骤S2:基于步骤S1所获取的参数，采用数值软件对盾构穿越管线施工进行模拟；
步骤S3:提取数值模拟中地表沉降和管线沉降曲线，其中L代表盾构截面中线向水平两端延伸的距离，S代表地表和管线的竖向变形；地表沉降曲线拟合为函数S1＝f1(L)，管线竖向变形曲线拟合为函数S2＝f2(L)，结合函数f1(L)和f2(L)，建立两个函数之间的联系，即为S1＝αS2，其中α为两个函数之间的联系因子；
步骤S4:依据地表沉降和管线沉降建立的关系，确立地表沉降监测位置及监测方案；
步骤S5:获取地表沉降曲线，通过S1＝αS2关系式，计算得到管线的竖向变形曲线；
步骤S6:通过步骤S5中的管线竖向变形曲线反算得到管线的内力σ，并将管线计算内力σ与容许内力[σ]进行比较，当σ≥[σ]时，管线处于不安全状态，σ≤[σ]时，管线处于安全状态。
2.根据权利要求1所述的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，其特征在于，所述步骤S2在模拟中土体与管道间设置接触关系。
3.根据权利要求1所述的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，其特征在于，所述联系因子α根据实际拟合和联系来确定，为常数或者函数。
4.根据权利要求1所述的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，其特征在于，步骤S2中包括布设地表沉降监测点，从而获取盾构掘进中地表沉降曲线。
5.根据权利要求1所述的间接评估盾构掘进下既有管线安全性态的方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括建立盾构施工对管线影响的三维有限元模型，从而建立地表沉降与管线沉降之间的关联方程。
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