[发明专利]一种盾构沉降控制方法及其模型和应用系统

说明书

本发明一种盾构沉降控制方法及其模型和应用系统，所属盾构沉降控制技术领域。针对当前行业主流盾构沉降控制理论的以上不足，本发明突破了传统盾构沉降控制理论，采用了【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率+地层损失控制系数】的“3+1”模型表征地层损失，从而实现有效控制盾构施工沉降的方法，并进一步的拓展开发应用，与盾构施工信息化平台融合，开发出盾构沉降控制自动预警系统。本发明在业内实现盾构自动沉降控制技术的革命性突破。

技术领域

本发明所属盾构沉降控制理论与技术领域，具体的涉及一种盾构沉降控制方法及其应用模型，以及基于其控制模型构建的应用系统(盾构沉降自动预警系统)。

背景技术

传统盾构沉降控制理论及其局限

盾构施工对地层沉降影响的机理非常复杂，一般认为盾构施工引起的地层损失及盾构扰动引起的周围土体地层再固结，是地面沉降的根本原因；对于埋深较深的软土地层，由盾构施工引起地层损失是导致地面沉降的主要因素。地层损失是盾构开挖土体体积和建成隧道体积之差，建成隧道体积包括隧道外围包裹的同步注浆等填充物料的体积，地层损失率为地层损失与盾构理论排土体积的百分比。

当前行业内主流盾构沉降控制理论，Peck理论认为在假定理想情况下盾构施工引起的地表沉降体积应该等于地层损失的体积，并假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降槽的横向分布呈现正态分布曲线形式，那么地层损失率为：

该经验公式中，R为地层损失率，i为地表沉降槽宽度，S_max为地表沉降最大值，V为盾构截面面积。

基于该地层损失率概念的Peck理论在实际应用过程中具有三大局限：

1)其无法直接测量，其只能采用人工去测量i和S_max来反算，而无法通过传感器等技术手段实现自动化测量。

2)其计算无法准确，实际工程中盾构穿越区域地表往往为公路、水草、河道、泥泞、建筑物等，导致地表沉降槽无法准确识别，甚至根本无法测量。

3)其计算严重滞后，盾构地表沉降有滞后性，一般盾构穿越1周至1个月之后地层损失影响才逐步完整的传导到地表，通过此时的地表沉降槽来反算盾构地层损失率没有超前性，对盾构施工及穿越没有实际风险管控意义。

行业发展及其安全需求

上海市域铁路以地下盾构隧道工程为主，工况复杂安全要求高，如机场联络线隧桥比为96.6％，嘉闵线全部为地下盾构隧道工程，机场线盾构穿越城市中心区域敏感构建筑物多达137处，嘉闵线盾构穿越多达186处，其中机场线盾构沿沪杭高铁平行段长达5.8km，控制精度高达2mm，风险高、难度大，工可、初步设计和施工方案等文件中均明确提出盾构施工时应严控地层损失率，如部分盾构穿越的地层损失率为小于3‰。当前，地层损失率是衡量盾构施工水平及其能否安全穿越敏感构建筑物的一个核心理论指标，也是设计文件对盾构施工提出的明确的管控指标。

发明内容

针对当前行业主流盾构沉降控制理论的以上不足，本发明公开一种全新的盾构沉降控制理论及方法，其特征在于，本发明突破了传统盾构沉降控制理论，采用了【出渣平衡比+盾体填充率+盾尾填充率+地层损失控制系数】的“3+1”模型表征地层损失，从而实现有效控制盾构施工沉降的方法，并进一步的拓展开发应用，举例而非限定，可以与盾构施工信息化平台融合，开发出盾构沉降控制自动预警系统，也可以与盾构机控制系统融合，开发出盾构自动沉降控制系统。本发明在业内实现盾构自动沉降控制技术的革命性突破。

需要保护技术方案确立为

技术方案一

一种盾构沉降控制模型，其特征在于：

第一部分，盾构机若为泥水平衡盾构机，则模型包括