一种土压平衡盾构土仓进排土引起的地表沉降预测方法与流程

技术特征：

1.一种土压平衡盾构土仓进排土引起的地表沉降预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)：当盾构在掘进过程中，土仓压力开始稳定时，测定在一环管片时间T内盾构排出渣土体积V和渣土重量G，通过渣土重量G除以渣土体积V，得到渣土的重度γ₁；记录掘进速度v、螺旋输送机转速N、渣土改良材料添加重量G₁；

步骤(2)：结合盾构掘进时螺旋输送机排出渣土重度G与盾构自身参数即螺纹节距P、螺机芯轴直径D₁和螺机内径D₂，基于公式(1)反算螺旋输送机出土效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{4G}{\mathrm{\π}N(D_2^2-D_1^2){\mathrm{p\γ}}_{1}T}---\left(1\right)$

其中：N为螺旋输送机转速，D₂为螺旋机内径，D₁为螺旋机轴直径，P为旋转翼片的间距；

步骤(3)：根据盾构排出渣土重量G，盾构实际土体开挖重量G₁，渣土改良材料添加重量G₂，基于公式(2)计算T时间内有效出土比K_e：

$K_e=\frac{G_1}{G}=\frac{G-G_2}{G}---\left(2\right)$

步骤(4)：结合地勘参数即原地层重度γ₂和掘进速度v，基于公式(3)计算盾构理论进土量G₃；在完全没有地层损失的情况下，盾构掘进T时间内，理论进土量G₃为：

$G_3=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2{\mathrm{vT\γ}}_2---\left(3\right)$

步骤(5)：结合有效出土比K_e、螺机出土效率η、螺旋输送机转速N、螺旋输送机参数即螺纹节距P、螺机芯轴直径D₁和螺机内径D₂、渣土重度γ₁、地层重度γ₂、盾构掘进直径D与掘进速度v，采用公式(4)计算土仓排土引起的地层损失值V_loss：

$V_{loss}=\frac{G_1-G_3}{{\mathrm{\γ}}_2}=\frac{\mathrm{\π}}{4}(\frac{{\mathrm{\ηp\γ}}_1{K}_e(D_2^2-D_1^2)}{{\mathrm{\γ}}_2}\frac{N}{v}-D^2)---\left(4\right)$

步骤(6)：结合计算地层损失值与实测地表沉降值，通过公式(5)反算地表沉降槽宽度i：

$i=\frac{V_{loss}}{\sqrt{2\mathrm{\π}}{S}_{max}}---\left(5\right)$

其中：S_max为地表最大沉降点；x为横断面上距离隧道中心轴线的距离；i为地面沉降槽宽度，为沉降曲线对称中心到曲线拐点的距离；

步骤(7)：通过公式(6)建立考虑盾构掘进参数的地表沉降预测公式：

$S\left(x\right)=\frac{\sqrt{2\mathrm{\π}}}{8i}(\frac{{\mathrm{\ηp\γ}}_1{K}_e(D_2^2-D_1^2)}{{\mathrm{\γ}}_2}\frac{N}{v}-D^2)\exp (-\frac{x^2}{2i^2})---\left(6\right)$

步骤(8)：盾构在新的掘进环，将盾构掘进参数代入公式(6)，能预测地表即将产生的沉降值。

2.如权利要求1所述的土压平衡盾构土仓进排土引起的地表沉降预测方法，其特征在于：在一个新的掘进循环内，重复上述计算步骤，迭代更新螺旋输送机出土效率η与地表沉降槽宽度i，得到新的地表沉降预测公式。