CN111119901A - 穿过既有构筑物沉降控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种穿过既有构筑物沉降控制方法，属于顶管施工技术领域，穿过既有构筑物沉降控制方法包括：根据初始施工参数，创建包含临近构筑物的初始有限元模型；施工仿真，并在施工仿真过程中对初始有限元模型进行测试；若测试数据不满足预设要求，则调整初始施工参数和初始有限元模型，并重新进行施工仿真和测试；在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件，将多个位置采集组件相应的坐标点实时显示在目标施工模型上；确定出测定轴线与目标轴线最小距离和夹角，调整顶管机的顶进姿态。本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法，直观的展示实际姿态与目标姿态之间的偏差，从而控制了施工过程中的沉降。

Description

穿过既有构筑物沉降控制方法

技术领域

本发明属于顶管施工技术领域，更具体地说，是涉及一种穿过既有构筑物沉降控制方法。

背景技术

顶管施工具有施工不需开挖、节约用地、对周围环境影响小、施工周期短、经济效益好等优点。但是作为一种地下开挖方法，顶管施工也不可避免会对周围的土体产生扰动，当扰动超过一定范围时，会严重危及相邻构筑物基础、路面和地下管线的安全。因此顶管中顶进方位和角度与施工安全与施工质量息息相关。但现有的顶管施工方法中，由于不能精确的显示出顶管机的实际姿态与目标姿态之间的偏差，造成了沉降超过工程目标，工程质量难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿过既有构筑物沉降控制方法，旨在解决不能精确显示出顶管机实际姿态与目标姿态之间偏差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供穿过既有构筑物沉降控制方法，包括：

拟定初始施工参数，根据所述初始施工参数，创建包含临近构筑物的初始有限元模型；

基于所述初始有限元模型进行施工仿真，并在施工仿真过程中对所述初始有限元模型进行测试，确定出测试数据；

若所述测试数据满足预设要求，则将所述初始有限元模型作为目标施工模型；

若所述测试数据不满足预设要求，则调整所述初始施工参数和所述初始有限元模型，并重新进行施工仿真和测试；

在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕所述顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件，在始发井处安装信息传输器，由所述信息传输器作为所述位置采集组件的基准点，并由所述信息传输器将所述位置采集组件采集的位置信息上传至上位机，由所述上位机模拟出多个所述位置采集组件相应的坐标点，并将所述坐标点实时显示在所述目标施工模型上；

由多个所述坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线；

将所述测定轴线与所述目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比，确定出所述测定轴线与所述目标轴线最小距离和夹角，根据所述最小距离和所述夹角调整所述顶管机的顶进姿态。

作为本申请另一实施例，所述在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕所述顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件包括：

在所述顶管机的头部垂直与顶管机轴线的一个平面内安装不少于三个所述位置采集组件；

将多个所述位置采集组件沿所述顶管机周向设置，使多个所述位置采集组件所确定的圆心位于所述顶管机的轴线上。

作为本申请另一实施例，在所述并由所述信息传输器将所述位置采集组件采集的位置信息上传至上位机之前包括：

在所述信息传输器上安装基准采集组件，由所述基准采集组件采集所述信息传输器的基准信息；

由所述信息传输器将所述基准信息上传至上位机。

作为本申请另一实施例，所述由所述上位机模拟出多个所述位置采集组件相应的坐标点包括：

在所述目标施工模型上确定出所述信息传输器相对应的位置点；

以所述位置点为基准根据所述顶管机位置信息，在所述目标施工模型上绘制出所述位置采集组件相对应的坐标点。

作为本申请另一实施例，所述由多个所述坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线包括：

在所述目标施工模型空间内，将多个所述坐标点进行连线，求取出多个所述坐标点相对应的所述外接圆，进而判断出所述外接圆的圆心；

根据所述顶管机的顶进方向，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线。

作为本申请另一实施例，所述将所述测定轴线与所述目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比包括：

选取出与所述测定轴线和所述目标轴线均垂直的线段，将所述线段分别与所述测定轴线和所述目标轴线连接；确定出所述线段的最短距离，所述最短距离即为所述最小距离；

移动所述测定轴线，将所述测定轴线与所述目标轴线同平面设置，确定出所述测定轴线与所述目标轴线之间的夹角。

作为本申请另一实施例，在所述创建包含临近构筑物在内的初始有限元模型之前包括：

结合工程实际和所述施工参数，测定施工地质情况；

结合获得的临近构筑物的建筑信息，估算临近构筑物的整体重量；

由所述地质情况和所述整体重量确定出有限元模型载荷。

作为本申请另一实施例，所述基于所述初始有限元模型进行施工仿真包括：

在所述初始有限元模型中确定出始发井和接收井位置；

按照所述施工参数，由所述始发井向所述接收井模拟顶管施工。

作为本申请另一实施例，所述并在施工仿真过程中对所述初始有限元模型进行测试包括：

在施工仿真过程中，记录所述初始有限元模型中土体受到的综合作用力；

在顶管施工完成后，测试所述初始有限元模型中的变形与内力情况。

作为本申请另一实施例，所述若所述测试数据满足预设要求，则将所述初始有限元模型作为目标施工模型包括：

将记录的所述综合作用力和所述变形与内力情况与预设要求进行对比；

若均满足要求，将所述初始有限元模型作为所述目标施工模型，并关联至三维分析软件中。

本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法有益效果在于，与现有技术相比，本发明穿过既有构筑物沉降控制方法中首先拟定初始施工参数，根据施工参数和临近的构筑物创建初始有限元模型。通过将临近的构筑物添加到有限元模型上，能够更为准确的模拟出施工时受到的综合作用力，从而提供更具有参考意义的数据信息。在构件的有限元模型上进行施工仿真，并仿真过程中能够进行测试，从而校验施工参数。当初始施工参数通过测试满足预设要求时，将初始有限元模型作为目标施工模型。目标施工模型作为最终的工程施工参考标准。在始发井处安装信息传输器，由信息传输器作为位置采集组件的基准点，并由信息传输器将位置采集组件采集的位置信息上传至上位机，由上位机模拟出多个位置采集组件相对应的坐标点。将信息传输器作为基准能够测量与多个位置采集组件的相对距离，以及位置采集组件的运动方向。相对于单采集装置，提高了采集的精度。将安装在顶管机上的多个位置采集组件作为坐标点实时显示在目标施工模型上，通过一一对应的坐标点能够真实反映出顶管机目前的顶进姿态。通过确定出的模拟顶管机的测定轴线与目标施工模型中的隧道的目标轴线进行对比，确定出测定轴线与目标轴线最小距离和夹角，根据最小距离和夹角调整顶管机的顶进姿态。操作人员通过最小距离和夹角即可知悉顶管机的实际误差，通过将误差量化为最小距离和夹角，相对于现有的检测方法，更加直观，并且更加便于操作人员读取误差的大小，参考性更强，从而能够为施工提供出更为精确与直观的参考信息，直观的展示实际姿态与目标姿态之间的偏差，从而控制了施工过程中的沉降。

附图说明

图1为本发明实施例提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法进行说明。穿过既有构筑物沉降控制方法，包括：

S110：拟定初始施工参数，根据初始施工参数，创建包含临近构筑物的初始有限元模型。

S120：基于初始有限元模型进行施工仿真，并在施工仿真过程中对初始有限元模型进行测试，确定出测试数据。

S130：若测试数据满足预设要求，则将初始有限元模型作为目标施工模型。

S140：若测试数据不满足预设要求，则调整初始施工参数和初始有限元模型，并重新进行施工仿真和测试。

S150：在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕所述顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件，在始发井处安装信息传输器，由所述信息传输器作为所述位置采集组件的基准点，并由所述信息传输器将所述位置采集组件采集的位置信息上传至上位机，由所述上位机模拟出多个所述位置采集组件相应的坐标点，并将所述坐标点实时显示在所述目标施工模型上。

S160：由多个坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直外接圆并穿过圆心的测定轴线。

S170：将所述测定轴线与所述目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比，确定出所述测定轴线与所述目标轴线最小距离和夹角，根据所述最小距离和所述夹角调整所述顶管机的顶进姿态。

本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法有益效果在于，与现有技术相比，本发明穿过既有构筑物沉降控制方法中首先拟定初始施工参数，根据施工参数和临近的构筑物创建初始有限元模型。通过将临近的构筑物添加到有限元模型上，能够更为准确的模拟出施工时受到的综合作用力，从而提供更具有参考意义的数据信息。在构件的有限元模型上进行施工仿真，并仿真过程中能够进行测试，从而校验施工参数。当初始施工参数通过测试满足预设要求时，将初始有限元模型作为目标施工模型。目标施工模型作为最终的工程施工参考标准。在始发井处安装信息传输器，由信息传输器作为位置采集组件的基准点，并由信息传输器将位置采集组件采集的位置信息上传至上位机，由上位机模拟出多个位置采集组件相对应的坐标点。将信息传输器作为基准能够测量与多个位置采集组件的相对距离，以及位置采集组件的运动方向。相对于单采集装置，提高了采集的精度。将安装在顶管机上的多个位置采集组件作为坐标点实时显示在目标施工模型上，通过一一对应的坐标点能够真实反映出顶管机目前的顶进姿态。通过确定出的模拟顶管机的测定轴线与目标施工模型中的隧道的目标轴线进行对比，确定出测定轴线与目标轴线最小距离和夹角，根据最小距离和夹角调整顶管机的顶进姿态。操作人员通过最小距离和夹角即可知悉顶管机的实际误差，通过将误差量化为最小距离和夹角，相对于现有的检测方法，更加直观，并且更加便于操作人员读取误差的大小，参考性更强，从而能够为施工提供出更为精确与直观的参考信息，直观的展示实际姿态与目标姿态之间的偏差，从而控制了施工过程中的沉降。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件包括：

在顶管机的头部垂直与顶管机轴线的一个平面内安装不少于三个位置采集组件。

将多个位置采集组件沿顶管机周向设置，使多个位置采集组件所确定的圆心位于顶管机的轴线上。

位置采集组件包括：三维电子罗盘、加速度传感器、位置传感器和无线传输模块。位置采集组件通过安装座固定在顶管机的头部位置。首先确定出顶管机的轴线，在顶管机的周向上安装不少于三个位置采集组件，并且需要保证多个位置采集组件均处于一个垂直于顶管机轴线的平面内，多个位置采集组件所确定的圆的圆心处于顶管机的轴线上。通过此种设计方式，能够较为准确的捕捉到顶管机此时的顶进姿态。相较于其他测定装置与软件，本申请的测定方法不仅成本较低，相较于通过从始发井发射的定位射线相比，避免了由于隧道长度过长，造成的射线的准确度下降的问题。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，在并由信息传输器将位置采集组件采集的位置信息上传至上位机之前包括：

在信息传输器上安装基准采集组件，由基准采集组件采集信息传输器的基准信息。

由信息传输器将基准信息上传至上位机。

由于在顶管顶件施工过程中，将信号直接传输至上位机受限，在实际施工中的始发井位置安装信息传输器，信息传输器通过已经施工完的隧道与位置采集组件通讯连接，由于隧道多以直线为主，因此使得信号传输器能够有效接收到位置采集组件传输的信号。并且在信号传输器上固定安装定位传感器或者基准器等装置，该装置作为位置采集组件的基准点，顶管机在顶进施工过程中的位移可转化为相对应基准点的相对位置的变动，通过将顶管机位置信息和基准点的信息同时上传至上位机，能够更为真实和准确的展示出顶管机此时的真实姿态。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，由上位机模拟出多个位置采集组件相应的坐标点包括：

在目标施工模型上确定出信息传输器相对应的位置点。

以位置点为基准根据顶管机位置信息，在目标施工模型上绘制出位置采集组件相对应的坐标点。

首先在目标施工模型上确定出相对应实际施工过程中基准点的位置，提取接收到的顶管机位置信息，将位置采集组价与信息传输器之间的相对位置按照一定的比例显示在目标施工模型上，从而将多个位置采集组件相对应的坐标点实时显示在目标施工模型上。在顶管机顶进过程中，顶管机上多个位置采集组件的相对运动通过信息传输器传输后，通过上位机显示出来。提高了工程施工的可视化水平。相较于其他信号的传输方式，通过设置信息传输器提高了检测信号的精度，可在信号传输器接入互联网，将顶管机的位置信息稳定传输至上位机上，并且将信息传输器设置为基准位置点，能够减少信号传输的失效，保证了数据的可靠性。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，由多个坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直外接圆并穿过圆心的测定轴线包括：

在目标施工模型空间内，将多个坐标点进行连线，求取出多个坐标点相对应的外接圆，进而判断出外接圆的圆心。

根据顶管机的顶进方向，确定出垂直外接圆并穿过圆心的测定轴线。

由于同平面上的三个点能够确定一个圆，并且通过相关的计算能够确定出该圆的圆心。因此当位置采集组件采集到的信息在目标施工模型上以坐标点的形式显示出来后，由于多个坐标点同平面设置，通过求取多个坐标点所在的外接圆，并且求取外接圆的圆心，进而可以确定出测定轴线，也即多个坐标点所确定的测定轴线。测定轴线用于展示通过采集顶管机的顶进姿态，将顶进姿态实时展示在目标施工模型上。由于可知目标施工模型中的隧道的目标轴线，将目标轴线与测定轴线进行对比，即可知道此时顶管机相对于目标姿态之间的偏差，操作人员可将次偏差传输至顶管机的操作人员，操作人员调整顶管机的姿态，提高了工程的重大的失误，提高了工程的施工质量。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，将测定轴线与目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比包括：

选取出与所述测定轴线和所述目标轴线均垂直的线段，将所述线段分别与所述测定轴线和所述目标轴线连接；确定出所述线段的最短距离，所述最短距离即为所述最小距离。

移动所述测定轴线，将所述测定轴线与所述目标轴线同平面设置，确定出所述测定轴线与所述目标轴线之间的夹角。

当确定出测定轴线与目标轴线之后，通过相关的编程，求取出测定轴线与目标轴线之间的距离，以及测定轴线与目标轴线之间的夹角。为了便于操作人员知晓顶管机相对于目标姿态之间的差距，在将距离和夹角告知操作人员后，可求取出测定轴线与目标轴线相对之间位置的偏移量，便于操作人员更准确掌握误差，从而保证了顶管顶进施工的质量。可通过通讯模块将计算出的夹角与最小距离传输至顶管机的操作人员。该计算方法即使顶管机在绕自身的轴线转动，若无外加其他干扰，测定轴线与目标轴线之间的最小距离仍然保持不变，并且目标轴线固定，而测定轴线与目标轴线之间的夹角同样不会改变。因此在操作人员接收到传输的最小距离和夹角的信息后，可根据获得的对比信息，调整顶管机的顶进角度。同时为了便于操作人员的调整，可将最小距离和夹角实时显示在目标施工模型上。并将该动画传输至操作人员的显示设备上，从而能够更为直观的便于调整角度。通过该方法进行的顶管施工，能够明显减少隧道的沉降，提高了工程的施工质量，减少了返工的产生。

本发明中，通过将测定轴线与目标轴线的对比，并且能够将对比结果以最小距离和夹角的形式展示给操作人员，操作人员根据相对应距离和夹角的数值采用人工或者机器进行调节，相较于其他检测方法，本方法不仅能够在将顶管机可视化的同时，在施工的过程中能够量化出误差的大小，从而更便于对顶管机进行调整。

由于顶管机在施工过程中为一个连续的过程，现有的顶管机检测方法为模拟出顶管机上大致的尺寸和轮廓，将模拟出的轮廓与目标的隧道模型进行对比，现有的顶管机姿态调整主要通过在始发井安装信号发生装置，从而在顶管机运行过程中，能够获悉轴线的偏差。更为先进的通过在顶管机上安装电子标签等装置，对顶管进行定位追踪，通过主机模拟顶进姿态。但顶管机是一个以自身轴线转动的机器，当计算出某一时刻与目标的差距后，下一时刻顶管机变化了位置。模拟出来的顶管机的姿态精度较低，并且并没有很好的参照标准来评定当前的顶进姿态与目标顶进姿态的差异，因此虽然知悉差距，但并没有很好的可参考的基准。

本申请中通过电子罗盘和加速度传感器的装置能够准确采集到顶管机的位置信息，并且最少设置三个位置采集组件即可确定出顶管机的当前的测定轴线。而在目标施工模型中可确定出目标轴线，目标轴线为施工的参考标准，在将测定轴线与目标轴线进行对比后，由于轴线多数为异面的两条直线，因此通过求取测定轴线与目标轴线之间的最下距离以及夹角即可将顶管机的姿态与目标施工模型中的隧道进行对比。本申请量化了实际施工与基准之间的误差，能够使操作人员清晰的知晓当前的顶进角度与目标之间的差距。量化完成后的差距能够便于人工调整，或者由机器进行自动调整，为后续的全自动化施工奠定了基础。举例，当顶管机相对于隧道向上倾斜时，通过现有的检测方法能够检测此差距，但在下一时刻，当顶管机转动180°后，即向下倾斜，因此无法准确掌握顶管机的实际误差，并且无法准确的量化。由于模拟出的顶管机的模型相对于实际的绘制的模型一直处于转动的状态，因此无法准确的判断出模拟出的模型与实际模型之间的差距，因此也就无法准确有效的对误差进行判断，无法使操作人员将顶管机调整到准确的位置上。而本申请中确定的距离和夹角，即使顶管机一直转动，测定轴线与目标轴线之间的间距不会改变，并且测定轴线与目标轴线之间的夹角也不会改变，因此能够更加准确调整顶管机的姿态。本申请的沉降控制系统在于将顶管机的实际姿态与目标的姿态之间的误差进行量化处理。相较于传统的模拟出顶管机的模型，通过将模拟出的模型与目标模型进行对比，不仅效率较高，同时更为容易知晓误差的变化，便于调整。

本申请中采用三维数值模拟仿真，建立近似准确的基坑开挖和隧道的相对位置的关系模型，在土体综合作用力测定时，研究开挖施工最不利工况下基坑的稳定性和安全性，以达到优化设计的目的。并且通过数值模拟分析确定出较为合理的目标施工模型。在对模型进行测试时可通过本构模型选取、假定与简化条件、最危险工况判断及选取、不同工况下的分析计算、分析总结及综合评估。形成了一套完善的上跨和下穿城市重要构筑物的安全影响评估方法和施工技术。

由于本申请最少仅通过三个位置采集组件即可确定出顶管机的轴线，相较于其他测量方法，所需计算的步骤较少，进而提高了对比的效率，能够更加快速显示出误差信息。

本发明中，在顶管顶进的扣轨上安装有光纤光栅压差计，并且在管节上安装有水泥砂浆口和触变泥浆口，并且在调整好顶管机的位置后，光纤光栅压差计检测到土体的上升，此时可认为下方的土体上升，此时增大触变泥浆的流出量，减少水泥砂浆口的流出量，从而为土体的下沉提供空间。当光纤光栅压差计检测达到土体的下降时，则认为周围的构筑物对顶管机上层的土体有挤压作用，此时增大水泥砂浆的流出量，减少触变泥浆的流出量，提高周围土体的结构强度。此调节方法均在测定轴线与目标轴线误差较小的情况下进行。该方法通过光纤光栅压差计测定在施工过程中的沉降信息，并且通过分别改变水泥砂浆口和触变泥浆口流出量，避免了隧道产生较大的沉降，提高了工程的质量。

本发明中，位置采集装置沿顶管机的周向均匀且间隔一定距离设置，并且位置采集装置的外侧固定有安装座，安装座可拆卸连接在顶管机上。同时安装座上设置有调节组件。在安装座的外侧开设有多个螺纹孔，螺纹件贯穿螺纹孔并抵接在位置采集组件上，通过转动螺纹件即可调节位置采集组件相对于顶管机的位置，在安装时通过转动螺纹件，使多个位置采集组件所在的外接圆的圆心位于顶管机的轴线上，通过螺纹件即可实现位置采集组件的定位，并且当需要拆卸时，将螺纹件从安装座旋出即可，并且安装座同样螺纹连接在顶管机的头部位置，便于拆卸。

本发明中，对于周围构筑物高度较低，整体的重量较低的施工场所。在野外或者郊区施工时，由于存在的土体的沉降较少，并且不存在潜在的危险元素时，可根据施工经验直接绘制出隧道的目标模型，该隧道模型即可作为目标的施工模型，可以作为目标基准使用。从而简化了顶管施工的操作流程，缩短了创建模型的时间。

本发明中，可通过BIM模型中的应力检测模块率先对初始有限元模型进行验证，在应力检测如何标准要求后再在顶管机上安装位置采集组件。也可通过应力计算软件进行应力的评定，根据应力计算分析数据，进而判断出最严重情况下沉降与应力的变形，从而提高工程的质量。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，在创建包含临近构筑物在内的初始有限元模型之前包括：

结合工程实际和施工参数，测定施工地质情况。

结合获得的临近构筑物的建筑信息，估算临近构筑物的整体重量。

由地质情况和整体重量确定出相对应的有限元模型载荷。

根据工程的实际以及实地的考查，首先初步拟定施工参数，施工参数包括：顶管管径的大小、管节的深度、顶进速度、排土量和顶管机的转速等。在这些参数确定完成之后，确定出始发井和接收井的实际位置，从而确定出目标隧道的大致走向，在隧道的沿线分别测定施工的地质情况，收集邻近隧道的构筑物的地基，并且根据构筑物体积的大小估算出大致的整体重量，从而为有限元模型提供相对较为准确并且具有一定可参考性质的载荷参数。在初始有限元模型中，模拟出的构筑物与实际的构筑物比例相近，并且与土体上的设定的载荷不同。初始有限元模型中可包括素填土、全风化砂岩、隧道、和隧道上方的管路管线和构筑物等。通过此方式创建的有限元模型能够更为真实的反应出工程施工时的实际情况。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，基于初始有限元模型进行施工仿真包括：

在初始有限元模型中确定出始发井和接收井位置。

按照施工参数，由始发井向接收井模拟顶管施工。

根据施工实际的始发井和接收井的实际位置，在初始有限元模型中选取出相对应的位置，然后根据预先设定的顶管机的旋转速度、顶管机的顶进速度和埋设的高度进行施工仿真。在实际施工过程中，始发井内的基座需要与隧道设计线型相一致，接收井内制作钢结构基座，基座轨面标高需要根据顶管机到达接收井时的实测姿态确定。始发井的后端面处设置钢后靠，作用为加固墙体。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，并在施工仿真过程中对初始有限元模型进行测试包括：

在施工仿真过程中，记录初始有限元模型中土体受到的综合作用力。

在施工仿真完成后，测试初始有限元模型中的变形与内力情况。

为了更进一步模拟施工过程中的实际情况，可在顶管机顶进过程中考虑注浆压力、顶进力、切削力和管道摩擦力的初始有限元模型中土体的影响，从而能够更为准确的确定周围土体所受到的作用力，以及临近的构筑物在顶管顶件过程中对土体的影响。顶管顶进隧道在相邻构筑物下方的土体内开设。并且在施工仿真完成后，通过有限元模型中的MIDAS/GTS-NX软件，基于累加模型，即每个施工阶段都继承了上一个施工阶段的分析结果，并累加了本施工阶段的分析结果。由于产生的附加应力可能超过砂岩的比例极限而达到塑性状态，对砂岩材料采用修正Mohr-Coulomb弹塑性本构模型。并且通过数值分析，方法步骤依次为，选取本构模型，假定与简化条件，最危险工况判断及选取，不同工况下的分析计算，分析总结及综合评估。在施工仿真完成后，分别测定隧道的变形和内力情况，分析产生最大变形与内力的位置点，并与预设的要求进行对比，也可通过应力与应变分析软件分析隧道的变形情况。通过在施工仿真过程中，以及在施工完成后中作用力、变形和内力的分析，确保了所测得数据的准确性，确保了施工质量与施工的安全性。

作为本发明提供的穿过既有构筑物沉降控制方法的一种具体实施方式，若测试数据满足预设要求，则将初始有限元模型作为目标施工模型包括：

将记录的综合作用力和变形与内力情况与预设要求进行对比。

若均满足预设要求，将初始有限元模型作为目标施工模型，并关联至三维分析软件中。

在施工仿真完成后，将确定的综合作用力和变形与内力情况与预设要求进行对比，不同的施工参数对应不同的预设要求。当上述两个测得的数据均满足要求，则将初始有限元模型作用目标施工模型，目标施工模型即为最终的参考模型，也即为实际施工的参考标准。为了减少在日常施工过程中的计算量，在要求均满足后，从目标施工模型中提取出始发井、隧道和接收井的模型。并且将其提取并关联至三维分析软件中，三维分析软件可外接传感器和电子罗盘的设备，通过三维分析软件中的计算模型，能够计算出特定点的距离、角度并且能够求取出位于同一平面内的多个点的同心圆。从而为后续的分析处理提供可参考的基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，包括：

拟定初始施工参数，根据所述初始施工参数，创建包含临近构筑物的初始有限元模型；

基于所述初始有限元模型进行施工仿真，并在施工仿真过程中对所述初始有限元模型进行测试，确定出测试数据；

若所述测试数据满足预设要求，则将所述初始有限元模型作为目标施工模型；

若所述测试数据不满足预设要求，则调整所述初始施工参数和所述初始有限元模型，并重新进行施工仿真和测试；

在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕所述顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件，在始发井处安装信息传输器，由所述信息传输器作为所述位置采集组件的基准点，并由所述信息传输器将所述位置采集组件采集的位置信息上传至上位机，由所述上位机模拟出多个所述位置采集组件相应的坐标点，并将所述坐标点实时显示在所述目标施工模型上；

由多个所述坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线；

将所述测定轴线与所述目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比，确定出所述测定轴线与所述目标轴线最小距离和夹角，根据所述最小距离和所述夹角调整所述顶管机的顶进姿态。

2.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述在垂直顶管机轴线的同一平面内围绕所述顶管机的周向安装不少于三个位置采集组件包括：

在所述顶管机的头部垂直与顶管机轴线的一个平面内安装不少于三个所述位置采集组件；

将多个所述位置采集组件沿所述顶管机周向设置，使多个所述位置采集组件所确定的圆心位于所述顶管机的轴线上。

3.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，在所述并由所述信息传输器将所述位置采集组件采集的位置信息上传至上位机之前包括：

在所述信息传输器上安装基准采集组件，由所述基准采集组件采集所述信息传输器的基准信息；

由所述信息传输器将所述基准信息上传至上位机。

4.如权利要求3所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述由所述上位机模拟出多个所述位置采集组件相应的坐标点包括：

在所述目标施工模型上确定出所述信息传输器相对应的位置点；

以所述位置点为基准根据所述顶管机位置信息，在所述目标施工模型上绘制出所述位置采集组件相对应的坐标点。

5.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述由多个所述坐标点求取出相对应外接圆的圆心，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线包括：

在所述目标施工模型空间内，将多个所述坐标点进行连线，求取出多个所述坐标点相对应的所述外接圆，进而判断出所述外接圆的圆心；

根据所述顶管机的顶进方向，确定出垂直所述外接圆并穿过所述圆心的测定轴线。

6.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述将所述测定轴线与所述目标施工模型中隧道的目标轴线进行对比包括：

选取出与所述测定轴线和所述目标轴线均垂直的线段，将所述线段分别与所述测定轴线和所述目标轴线连接；确定出所述线段的最短距离，所述最短距离即为所述最小距离；

移动所述测定轴线，将所述测定轴线与所述目标轴线同平面设置，确定出所述测定轴线与所述目标轴线之间的夹角。

7.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，在所述创建包含临近构筑物在内的初始有限元模型之前包括：

结合工程实际和所述施工参数，测定施工地质情况；

结合获得的临近构筑物的建筑信息，估算临近构筑物的整体重量；

由所述地质情况和所述整体重量确定出有限元模型载荷。

8.如权利要求7所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述基于所述初始有限元模型进行施工仿真包括：

在所述初始有限元模型中确定出始发井和接收井位置；

按照所述施工参数，由所述始发井向所述接收井模拟顶管施工。

9.如权利要求1所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述并在施工仿真过程中对所述初始有限元模型进行测试包括：

在施工仿真过程中，记录所述初始有限元模型中土体受到的综合作用力；

在顶管施工完成后，测试所述初始有限元模型中的变形与内力情况。

10.如权利要求9所述的穿过既有构筑物沉降控制方法，其特征在于，所述若所述测试数据满足预设要求，则将所述初始有限元模型作为目标施工模型包括：

将记录的所述综合作用力和所述变形与内力情况与预设要求进行对比；

若均满足要求，将所述初始有限元模型作为所述目标施工模型，并关联至三维分析软件中。

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