本發(fā)明涉及隧道施工，特別涉及一種管幕法施工隧道土方開挖方法。

背景技術：

1、城市地下空間開發(fā)面臨地面交通繁雜、地下管線密布、周圍既有建筑物多、地質(zhì)條件復雜的問題，工程施工過程中對地表、周圍管線及建筑物的變形控制要求嚴格。隨著城市化建設的不斷發(fā)展，淺埋暗挖施工技術成為越來越多城市地下基礎設施施工的選擇。

2、管幕法是在隧道施工斷面上逐個頂進大直徑鋼管形成管幕，并通過在鋼管間切割焊接的方式連接或采用管幕內(nèi)側(cè)環(huán)梁結(jié)構(gòu)將鋼管連接起來形成整體結(jié)構(gòu)，再在鋼管內(nèi)部的連通空間內(nèi)施工鋼筋混凝土形成一體化的永久支護結(jié)構(gòu)，最后，開挖隧道內(nèi)部土體的工法。在鋼管施工完成后，需進行隧道內(nèi)的土方開挖和出渣，針對不同的地質(zhì)條件，隧道斷面的開挖方式有多種，根據(jù)開挖方式的不同，土方開挖的施工工序和設備數(shù)量也不同。

3、目前土方開挖施工一般采用多個挖掘機進行，并由渣土車將土渣運送至洞外，但多個挖掘機的施工組織混亂，大大降低了土方開挖速度。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種管幕法施工隧道土方開挖方法，可以提升隧道土方開挖速度。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明的實施例提供了一種管幕法施工隧道土方開挖方法，包括以下步驟：

3、根據(jù)隧道的地質(zhì)參數(shù)，確定隧道的目標土方開挖方式；其中，不同地質(zhì)參數(shù)的隧道對應不同的土方開挖方式；

4、根據(jù)隧道的目標土方開挖方式，確定隧道的開挖工序的數(shù)量、開挖工序的順序、每道開挖工序中開挖的土方的數(shù)量、每塊土方開挖所需挖掘機器人的數(shù)量以及每塊土方開挖時挖掘機器人的開挖坐標；

5、以挖掘機器人在前一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標與在后一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標之間的距離，小于或等于前一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標與后一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標之間的距離為約束條件，確定每個挖掘機器人的施工路徑；

6、基于管幕法，使每個挖掘機器人以確定的施工路徑完成隧道土方開挖。

7、在一些可選的實施例中，所述根據(jù)隧道的地質(zhì)參數(shù)，確定隧道的目標土方開挖方式，包括：

8、獲取不同地質(zhì)參數(shù)和不同土方開挖方式下隧道的地層穩(wěn)定性參數(shù)；

9、根據(jù)不同地質(zhì)參數(shù)和不同土方開挖方式下地層穩(wěn)定性參數(shù)的演化規(guī)律，建立隧道的不同地質(zhì)參數(shù)與不同土方開挖方式之間的映射關系；

10、通過不同地質(zhì)參數(shù)與不同土方開挖方式之間的映射關系，確定隧道當前的地質(zhì)參數(shù)對應的目標土方開挖方式。

11、在一些可選的實施例中，所述土方開挖方式至少包括：全斷面法、臺階法、中隔壁cd法、交叉中隔壁crd法以及雙側(cè)壁導坑法；

12、所述地質(zhì)參數(shù)包括：隧道的埋深和洞徑、土層的密度、彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角、泊松比以及地下水位；

13、所述地層穩(wěn)定性參數(shù)包括：地表沉降、掌子面位移、隧道周圍管線位移以及掌子面土壓力。

14、在一些可選的實施例中，所述每個挖掘機器人的施工路徑有多條，所述確定每個挖掘機器人的施工路徑，包括：

15、在隧道的地表沉降和掌子面位移最小的情況下，獲取每個挖掘機器人以確定的施工路徑進行隧道土方開挖時，隧道進行一個進尺土方開挖所需的時間；

16、以隧道進行一個進尺土方開挖所需的時間最小為目標，從每個挖掘機器人的多條施工路徑中選擇挖掘機器人的目標施工路徑。

17、在一些可選的實施例中，所述每個挖掘機器人的施工路徑有多條，所述確定每個挖掘機器人的施工路徑，包括：

18、從每個挖掘機器人的多條施工路徑中選擇長度最小的施工路徑作為挖掘機器人的目標施工路徑。

19、在一些可選的實施例中，所述約束條件通過以下公式表示：

20、

21、式中，（ x i1， y i1）表示前一道開挖工序中土方開挖時挖掘機器人的開挖坐標，（ x（ i+1） 1， y（ i+1） 1）表示后一道開挖工序中土方開挖時挖掘機器人的開挖坐標，（ x i1， y i1）表示前一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標，（ x（ i+1） 1， y（ i+1） 1）表示后一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標。

22、在一些可選的實施例中，所述使每個挖掘機器人以確定的施工路徑完成隧道土方開挖，包括：

23、模擬每個挖掘機器人以確定的施工路徑進行隧道土方開挖以及每個出渣裝備以確定的施工路徑進行隧道土渣運送的開挖工況，以預測挖運過程中隧道的地層穩(wěn)定性參數(shù)和管幕穩(wěn)定性參數(shù)；其中，所述出渣裝備的數(shù)量和施工路徑與挖掘機器人的數(shù)量和施工路徑相同；

24、通過挖運過程中隧道的地層穩(wěn)定性參數(shù)和管幕穩(wěn)定性參數(shù)，確定挖掘機器人的開挖速度與出渣裝備的出渣速度；

25、使每個挖掘機器人以確定的施工路徑和開挖速度完成隧道土方開挖，并使每個出渣裝備以確定的施工路徑和出渣速度完成土渣運送。

26、在一些可選的實施例中，所述管幕穩(wěn)定性參數(shù)包括管幕預筑結(jié)構(gòu)的變形程度。

27、本發(fā)明所提供的管幕法施工隧道土方開挖方法，至少具有以下有益效果：

28、為了保證隧道的地層穩(wěn)定性，隧道的不同地質(zhì)參數(shù)存在對應的土方開挖方式，本發(fā)明中通過該特性為要施工的隧道選擇合適的土方開挖方式，在該土方開挖方式下，依據(jù)隧道的開挖工序的數(shù)量、開挖工序的順序、每道開挖工序中開挖的土方的數(shù)量、每塊土方開挖所需挖掘機器人的數(shù)量以及每塊土方開挖時挖掘機器人的開挖坐標，以挖掘機器人在前一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標與在后一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標之間的距離，小于或等于前一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標與后一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標之間的距離為約束條件，確定每個挖掘機器人的施工路徑。因此，每個挖掘機器人可以依據(jù)對應的施工路徑來進行隧道土方開挖，施工組織明確，有效提升了隧道土方開挖速度。

技術特征：

1.一種管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述根據(jù)隧道的地質(zhì)參數(shù)，確定隧道的目標土方開挖方式，包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述土方開挖方式至少包括：全斷面法、臺階法、中隔壁cd法、交叉中隔壁crd法以及雙側(cè)壁導坑法；

4.根據(jù)權利要求3所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述每個挖掘機器人的施工路徑有多條，所述確定每個挖掘機器人的施工路徑，包括：

5.根據(jù)權利要求1所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述每個挖掘機器人的施工路徑有多條，所述確定每個挖掘機器人的施工路徑，包括：

6.根據(jù)權利要求1所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述約束條件通過以下公式表示：

7.根據(jù)權利要求1所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述使每個挖掘機器人以確定的施工路徑完成隧道土方開挖，包括：

8.根據(jù)權利要求7所述的管幕法施工隧道土方開挖方法，其特征在于，所述管幕穩(wěn)定性參數(shù)包括管幕預筑結(jié)構(gòu)的變形程度。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及隧道施工技術領域，公開了一種管幕法施工隧道土方開挖方法，包括：根據(jù)地質(zhì)參數(shù)確定隧道的目標土方開挖方式，以確定隧道的開挖工序的數(shù)量、開挖工序的順序、每道開挖工序中開挖的土方的數(shù)量、每塊土方開挖所需挖掘機器人的數(shù)量以及每塊土方開挖時挖掘機器人的開挖坐標；以挖掘機器人在前一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標與在后一道開挖工序中土方開挖時的開挖坐標之間的距離，小于或等于前一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標與后一道開挖工序中開挖的土方在隧道開挖斷面的相對坐標之間的距離為約束條件，確定每個挖掘機器人的施工路徑，使每個挖掘機器人以確定的施工路徑完成隧道土方開挖，以提升土方開挖速度。

技術研發(fā)人員：王美霞,田聰,孫子正,孫浩程,馬先凱
受保護的技術使用者：山東大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/28