CN111611705B - 一种盾构掘进地层参数的取值方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种盾构掘进地层参数计算方法，尤指一种盾构掘进地层参数的取值方法，包括步骤：1)勘察数据化：收集不同掘进位置处钻孔的参数值，及收集掘进钻孔时的地层信息与地层物理力学指标统计值，建立掘进位置与地层信息的坐标系统；2)掘进线路数据化：根据隧道设计尺寸，在统一参考坐标系下，建立盾构掘进线路方向的位置函数，以实时确定掘进断面处的位置坐标；3)确定地层分界线函数：建立统一坐标系下的地层分界线的函数，判定地层类型，计算地层参数；本发明针对每一类地层，基于插值原理，建立掘进位置处地层参数的取值方法，从而实现掘进位置处地层参数的连续提供，为盾构掘进数据分析预测及信息化施工提供地层数据支持。

Description

一种盾构掘进地层参数的取值方法

技术领域

本发明涉及一种盾构掘进地层参数计算方法，尤指一种盾构掘进地层参数的取值方法。

背景技术

盾构机是根据工程地质条件量身定做的，同时盾构掘进参数设置需要依据地层物理力学参数来设定。场地工程地质勘察为线路提供了相关地层的物理力学参数，但这些数据一般以钻孔为单位提供，是点状的，或以场地地层为单位统一提供，数据误差较大。

场地工程地质勘察提供地层物理力学参数，这些参数一般以钻孔为单位提供，或以场地地层为单位提供统计指标，故这些数据是点状的。盾构掘进沿规划线路持续向前，如果掘进位置处没有钻孔，则该位置的地层参数只能参考附近钻孔资料或采用统计指标，因此地层参数无法连续而相对准确地提供。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开一种盾构掘进地层参数计算方法，尤指一种盾构掘进地层参数的取值方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种盾构掘进地层参数的取值方法，盾构掘进通过盾构机进行掘进，其特征在于，所述的取值方法包括以下步骤：

1)勘察数据化：

通过工程地质勘察收集不同掘进位置处钻孔的参数值，以及收集掘进钻孔时的地层信息与地层物理力学指标统计值，建立掘进位置与地层信息的坐标系统；以统计不同掘进位置处的地层信息与地层物理力学指标；

2)掘进线路数据化：

根据隧道设计尺寸，在统一步骤1)建立的参考坐标系下，建立盾构掘进线路方向的位置函数，以实时确定掘进断面处的位置坐标；

3)确定地层分界线函数：

根据步骤1)收集的坐标信息，建立统一坐标系下的地层分界线的函数，判定在盾构掘进纵向断面范围内的地层类型，根据地层类型计算地层参数。

优选地，所述步骤3)的地层类型包括单地层、双地层和三地层。

优选地，所述单地层为掘进断面内存在一类的地层，单地层盾构掘进断面处的地层参数根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)设盾构掘进断面处位置坐标为(S_t，Z_t)；

(2)设距该掘进断面最近的两钻孔位置坐标分别为(S_i，Z_i)、(S_i+1，Z_i+1)；

(3)设盾构掘进断面处位置、掘进断面最近的两钻孔位置所对应的地层参数值分别为f_t、f_i和f_i+1；

(4)根据掘进断面处位置前后钻孔的地层参数值f_i、f_i+1，依据掘进线路的位置值按插值原理计算掘进断面处的地层参数值f_t：

优选地，所述双地层为掘进断面内存在二类的地层，双地层断面处每层的参数根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定地层分界线的函数，然后确定地层分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置断面与地层分界线有交点时，则判定盾构掘进断面存在两类地层；

(2)设地层一与地层二的分界线函数为l₁₂，分界线与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；

(3)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1和f_t2，根据掘进断面处与点1和点2的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，可按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₂时，掘进断面为双地层，按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

③当S_t＞S₂时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

优选地，所述三地层为掘进断面内存在三类的地层，断面处每层的参数需根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定两两地层的分界线的函数，然后得出该函数与隧道顶面与底面的交点；

(2)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂和地层二与地层三的分界线函数l₃₄，确定分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置与两地层分界线均有交点时，则表示盾构掘进断面处存在三类地层；

(3)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；地层二与地层三的分界线函数l₃₄与隧道底部和顶部的交点为点3(S₃，Z₃)和点4(S₄，Z₄)；

(4)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1、f_t2和f_t3，根据掘进断面处与点1、点2、点3、点4的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₃时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

③当S₃＜S_t＜S₂时，掘进断面为三地层，按按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

④当S₂＜S_t＜S₄时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

⑤当S_t＞S₄时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

本发明的有益效果体现在：本发明针对盾构掘进位置地层参数无法连续获得问题，通过分析掘进断面的地层类型，将掘进断面地层分为三个类别，即单层、双层及三层，可满足工程施工精度需要；然后，针对每一类地层，基于插值原理，建立掘进位置处地层参数的取值方法，从而实现掘进位置处地层参数的连续提供，为盾构掘进数据分析预测及信息化施工提供地层数据支持；因此本发明结合盾构掘进断面地层情况，利用线性插值原理，确定盾构掘进断面处地层的物理力学参数，实现地层参数的连续提供，为盾构机掘进参数设置、掘进数据分析与预测及盾构机地质适应性设计等提供地质数据基础与依据，同时也为盾构掘进数据分析预测及信息化施工奠定基础。

附图说明

图1是本发明的实施过程的工作流程图。

图2是本发明的单地层参数计算示意图。

图3是本发明的双地层参数计算示意图。

图4是本发明的三地层参数计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

本发明中还包括盾构机技术与盾构工法技术：

盾构机：实现盾构工法的大型施工机械设备，为外壳及壳内各种作业机械、作业空间的组合体，其既能支承地层压力、又能在地层中掘进的施工机具，集机、电、液、传感、信息、材料等多学科技术于一体；

盾构工法：以盾构为核心的一整套完整的建造隧道的施工方法，即在盾壳的支护下进行岩土层开挖或切割、岩土颗粒排运、管片拼装或衬砌现浇、整机推进和衬砌壁后注浆等一系列工序；

盾构掘进参数：主要包括刀间距、贯入度、总推力、扭矩、土舱压力、掘进速度等。

本发明依据既有钻孔资料试验值，结合盾构掘进断面处地层种类情况，利用线性插值原理，确定盾构掘进断面处地层物理力学参数值，实现盾构掘进断面处地层参数值的连续提供，克服了以往地层数据点状利用的不足，可为盾构掘进数据分析预测及信息化施工奠定基础。

本发明具体提供了一种盾构掘进地层参数的取值方法，盾构掘进通过盾构机进行掘进，所述的取值方法包括以下步骤：

1)勘察数据化：

通过工程地质勘察收集不同掘进位置处钻孔的参数值，以及收集掘进钻孔时的地层信息与地层物理力学指标统计值，建立掘进位置与地层信息的坐标系统；以统计不同掘进位置处的地层信息与地层物理力学指标；步骤1)建立统一坐标系统，将场地工程地质勘察报告资料数据化，实现以钻孔为基础的地层资料及各地层的物理力学试验指标的数据化，各种参数指标均含有统一坐标系统下的位置信息；

2)掘进线路数据化：

根据隧道设计尺寸，在统一步骤1)建立的参考坐标系下，建立盾构掘进线路方向的位置函数，以实时确定掘进断面处的位置坐标；步骤2)在统一坐标系统下，根据隧道设计尺寸，建立盾构掘进线路方向的位置函数，即轴线位置函数，以便实时确定掘进断面处的位置坐标；同时，也确定地层分界线的函数及地层分界线与隧道底部、顶部的交点位置坐标；

3)确定地层分界线函数：

根据步骤1)收集的坐标信息，建立统一坐标系下的地层分界线的函数，判定在盾构掘进纵向断面范围内的地层类型，根据地层类型计算地层参数；步骤3)以掘进断面处附近钻孔的地层参数试验指标值为基础，依空间位置进行线性插值，得到盾构掘进断面处的地层参数指标值；掘进断面内情况，地层类型包括单地层、双地层和三地层，根据各类型地层确定了掘进断面处地层参数值的计算方法；

进一步地，所述单地层为掘进断面内存在一类的地层，单地层盾构掘进断面处的地层参数根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)设盾构掘进断面处位置坐标为(S_t，Z_t)；

(2)设距该掘进断面最近的两钻孔位置坐标分别为(S_i，Z_i)、(S_i+1，Z_i+1)；

(3)设盾构掘进断面处位置、掘进断面最近的两钻孔位置所对应的地层参数值分别为f_t、f_i和f_i+1；

(4)根据掘进断面处位置前后钻孔的地层参数值f_i、f_i+1，依据掘进线路的位置值按插值原理计算掘进断面处的地层参数值f_t：

进一步地，所述双地层为掘进断面内存在二类的地层，双地层断面处每层的参数根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定地层分界线的函数，然后确定地层分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置断面与地层分界线有交点时，则判定盾构掘进断面存在两类地层；

(2)设地层一与地层二的分界线函数为l₁₂，分界线与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；

(3)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1和f_t2，根据掘进断面处与点1和点2的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，可按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₂时，掘进断面为双地层，按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

③当S_t＞S₂时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

进一步地，所述三地层为掘进断面内存在三类的地层，断面处每层的参数需根据其最近两钻孔的地层参数试验指标值依据插值原理进行确定，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定两两地层的分界线的函数，然后得出该函数与隧道顶面与底面的交点；

(2)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂和地层二与地层三的分界线函数l₃₄，确定分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置与两地层分界线均有交点时，则表示盾构掘进断面处存在三类地层；

(3)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；地层二与地层三的分界线函数l₃₄与隧道底部和顶部的交点为点3(S₃，Z₃)和点4(S₄，Z₄)；

(4)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1、f_t2和f_t3，根据掘进断面处与点1、点2、点3、点4的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₃时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

③当S₃＜S_t＜S₂时，掘进断面为三地层，按按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

④当S₂＜S_t＜S₄时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

⑤当S_t＞S₄时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种盾构掘进地层参数的取值方法，盾构掘进通过盾构机进行掘进，其特征在于，所述的取值方法包括以下步骤：

1)勘察数据化：

通过工程地质勘察收集不同掘进位置处钻孔的参数值，以及收集掘进钻孔时的地层信息与地层物理力学指标统计值，建立掘进位置与地层信息的坐标系统；以统计不同掘进位置处的地层信息与地层物理力学指标；

2)掘进线路数据化：

根据隧道设计尺寸，在统一步骤1)建立的参考坐标系下，建立盾构掘进线路方向的位置函数，以实时确定掘进断面处的位置坐标；

3)确定地层分界线函数：

根据步骤1)收集的坐标信息，建立统一坐标系下的地层分界线的函数，判定在盾构掘进纵向断面范围内的地层类型，根据地层类型计算地层参数；所述地层类型包括单地层、双地层和三地层；

所述单地层为掘进断面内存在一类的地层，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)设盾构掘进断面处位置坐标为(S_t，Z_t)；

(2)设距该掘进断面最近的两钻孔位置坐标分别为(S_i，Z_i)、(S_i+1，Z_i+1)；

(3)设盾构掘进断面处位置、掘进断面最近的两钻孔位置所对应的地层参数值分别为f_t、f_i和f_i+1；

(4)根据掘进断面处位置前后钻孔的地层参数值f_i、f_i+1，依据掘进线路的位置值按插值原理计算掘进断面处的地层参数值f_t：

2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进地层参数的取值方法，其特征在于，所述双地层为掘进断面内存在二类的地层，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定地层分界线的函数，然后确定地层分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置断面与地层分界线有交点时，则判定盾构掘进断面存在两类地层；

(2)设地层一与地层二的分界线函数为l₁₂，分界线与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；

(3)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1和f_t2，根据掘进断面处与点1和点2的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，可按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₂时，掘进断面为双地层，按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

③当S_t＞S₂时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

3.根据权利要求2所述的一种盾构掘进地层参数的取值方法，其特征在于，所述三地层为掘进断面内存在三类的地层，其掘进参数取值方法包括以下步骤：

(1)首先确定两两地层的分界线的函数，然后得出该函数与隧道顶面与底面的交点；

(2)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂和地层二与地层三的分界线函数l₃₄，确定分界线与隧道底部与顶部的交点，当盾构掘进位置与两地层分界线均有交点时，则表示盾构掘进断面处存在三类地层；

(3)设地层一与地层二的分界线函数l₁₂与隧道底部和顶部的交点为点1(S₁，Z₁)和点2(S₂，Z₂)；地层二与地层三的分界线函数l₃₄与隧道底部和顶部的交点为点3(S₃，Z₃)和点4(S₄，Z₄)；

(4)设s_t为盾构掘进断面处沿隧道掘进方向的实时位置坐标值，断面处的地层参数表征为f_t1、f_t2和f_t3，根据掘进断面处与点1、点2、点3、点4的关系，分别计算掘进断面处的地层参数：

①当S_t＜S₁时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数；

②当S₁＜S_t＜S₃时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

③当S₃＜S_t＜S₂时，掘进断面为三地层，按插值原理分别确定掘进断面处的地层参数：

④当S₂＜S_t＜S₄时，掘进断面为双地层，按双地层方法确定掘进断面处地层参数；

⑤当S_t＞S₄时，掘进断面为单地层，按单地层方法确定掘进断面处地层参数。

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