[发明专利]一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法

说明书

本发明提供了一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法。该方法包括：确定盾构机及构件几何尺寸和参考点位置；实时采集盾构导向系统参数；根据盾构机及构件几何尺寸、参考点位置和盾构导向系统参数建立机土相对位移的计算模型；根据机土相对位移的计算模型得到节点机土相对位移计算公式，计算出与盾构关联的各个节点的机土相对位移，进而得到盾构机整体机土相对位移。本发明的基于导向系统数据的盾构机土体相对位移计算方法，通过导向数据实时跟踪盾构机掘进空间位置，可以实时了解盾构机对周围土体的变形影响，保证盾构安全高效掘进。

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法。

背景技术

随着中国城镇化的进一步推进，城市轨道交通建设也是如火如荼。盾构施工由于其对环境影响小等特点，已经成为城市轨道交通建设中的主要方式。但由于新建线路往往要穿越既有隧道、管网、周边建筑物、道路等，稍有不慎，就会使周边的建构筑物产生过大的变形，甚至发生房屋坍塌、管道破裂、地表沉陷等重大事故，造成严重的生命和财产损失。尤其是在软土底层中，盾构姿态控制难度大，极易发生较大的轴线偏移，产生较大的地层变形。

施工过程中盾构姿态可以通过盾构机的导向系统进行查看，如盾构机的水平和竖向偏离量、水平和竖向偏角，并以此为依据对盾构姿态进行控制。但仅仅查看偏移量和转角并不能掌握掘进过程中盾构对周围地层影响，也不能优化盾构的调姿策略。

因此，开发一种能够实时掌握盾构和土体接触面上的相对位移的方法，以便更好地了解盾构对周围土体的影响，为盾构掘进控制提供指导是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法，以实现有效地计算出掘进过程中盾构机和土体的相对位移。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于导向数据的盾构机土体相对位移计算方法，包括：

确定盾构机及构件几何尺寸和参考点位置；

实时采集盾构导向系统参数；

根据所述盾构及构件几何尺寸、参考点位置和盾构导向系统参数建立机土相对位移的计算模型；

根据所述机土相对位移的计算模型得到节点机土相对位移计算公式，计算出与盾构关联的各个节点的机土相对位移，进而得到盾构机整体机土相对位移。

优选地，所述的方法还包括：

更新盾构导向系统参数，该参数包括；盾构处于不同掘进位置下盾构关联的节点号，以及节点对应的盾构里程、偏移量和参考点纵向坐标；

将更新的节点及节点对应的盾构里程、偏移量、参考点纵向坐标代入到节点机土相对位移计算公式，重新计算与盾构关联的各个节点的机土相对位移，重新得到整体机土相对位移。

优选地，所述的确定盾构机及构件几何尺寸和参考点位置，包括：

根据工程资料确定如下的盾构机及构件几何尺寸和参考点位置：刀盘半径R_cut、前盾半径R_F、中盾半径R_M、后盾半径R_R；前盾长度L₁、中盾长度L₂、后盾长度L₃、盾体总长L；盾构前端和中端参考点间距|FM|，盾构中端和后端参考点间距|MR|。

优选地，所述的实时输出盾构导向系统参数，包括：