[发明专利]基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法

权利要求书

1.基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法，其特征在于，包括：

根据土压平衡盾构现场施工报告，绘制土压平衡盾构掘进原理图以及螺机排土作用示意图；

获取土压平衡盾构施工的数据，确定螺机的具体参数，并根据盾构施工过程中地层条件的差异，计算有效出土比以及螺机排出的相对于天然状态土体体积；

根据土压平衡状态原理，计算土压平衡盾构掘进的挤压量、土压平衡盾构掘进的挤压率以及盾构掘进时的出土率；

根据土压平衡盾构掘进的出土率可能性划分土压平衡盾构掘进处于不同状态级别，其中，土压平衡盾构掘进处于不同状态级别包括土压平衡盾构掘进处于平衡状态、土压平衡盾构掘进处于欠平衡状态和土压平衡盾构掘进处于不平衡状态，针对土压平衡盾构掘进处于不同状态级别，分别预设对应的技术指标，并将计算得到的盾构掘进时的出土率与技术指标进行比较，当计算得到的盾构掘进时的出土率满足对应的技术指标时，可得土压平衡盾构掘进处于的实际平衡状态。

2.根据权利要求1所述的基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法，其特征在于，获取土压平衡盾构施工的数据，确定螺机具体参数，并根据盾构施工过程中地层条件的差异，计算有效出土比以及螺机排出的相对于天然状态土体体积，包括：

获取土压平衡盾构施工的数据，确定螺机的具体参数，其中，所述参数包括螺机的螺纹外径d₁、螺机轴的直径d₂和螺机叶片间距L；

若土体能填满螺机通过掌子面断面内的空间，计算螺机一转的出土量以及单位时间内土压盾构的排土量；

所述螺机一转的出土量通过如下公式(1)计算：

式中，G_DP表示土压盾构一转的出土量；

所述单位时间内土压盾构的排土量通过如下公式(2)计算：

G＝πD²VT/4；(2)

式中，G表示单位时间内的土压盾构的排土量，D表示盾构隧道的开挖直径，V表示盾构推进速度，T表示开挖时间；

在螺机转速与出土量的关系原理以及公式(1)的基础上，进而推导出出土的总重量，所述出土的总重量通过如下公式(3)计算：

式中，dG表示dT内出土的总重量，dT表示计算时间的微分，γ₁为添加泡沫剂后将土体积换算为重量的参数，γ₀表示土体天然容重，η表示螺机的出土效率，且在实际施工的排土过程中螺机的排土效率η为95-97％，N表示螺机的转速；

当把排土量换算为天然土体体积时，若盾构在施工时遇到含砂量较大的地层时，由于开挖的土体流动性较差，并易固结在土仓内，进而导致土体不能充满螺机，需要加入泡沫剂对土体进行改良，以改良土体的流动性，再计算有效出土比，所述有效出土比通过如下公式(4)计算：

k_a＝dG_天然/(dG_天然+dG_添加)；(4)

式中，k_a表示有效出土比，dG_天然表示天然土体的重量，dG_添加表示泡沫剂的添加重量；

若盾构在施工时遇到含砂量较小的地层时，则无需加入泡沫剂对土体进行改良，可得k_a＝1；

在公式(4)的基础上，可得螺机排出的相对于天然状态土体体积，所述螺机排出的相对于天然状态土体体积通过如下公式(5)计算：

式中，dV_排土表示螺机排出的相对于天然状态土体体积，k表示调节系数。