本發(fā)明屬于盾構隧道安全施工，具體涉及一種盾構隧道開挖面全線泥水壓力智能化計算方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、我國跨江越海的水下隧道建設數(shù)量不斷增加，泥水平衡盾構可在高水壓、高滲透性地層中進行掘進，并且能夠較好的控制地層沉降和保持開挖面穩(wěn)定，因此被廣泛應用于跨江越海的水下隧道建設中。開挖面穩(wěn)定是確保水下泥水盾構隧道施工安全的關鍵環(huán)節(jié)，泥水壓力過小導致開挖面主動失穩(wěn)，泥水壓力過大導致開挖面劈裂失穩(wěn)，進而發(fā)生開挖面坍塌、海水倒灌等險情。

2、施工現(xiàn)場關于泥水盾構開挖面泥水壓力的計算過程較為復雜，此外，工程中關于盾構隧道開挖面泥水壓力的計算，僅采用朗肯土壓力計算理論，該理論的地層適用性如何尚未可知。綜上可知，目前泥水盾構隧道開挖面全線泥水壓力的計算存在以下問題：一是工作量大，泥水盾構隧道穿越地層類型復雜多變，地層基本性質參數(shù)較多，每一計算環(huán)的計算參數(shù)統(tǒng)計困難；二是計算結果并不是泥水盾構隧道開挖面的全線泥水壓力，現(xiàn)有計算中所計算的計算環(huán)是以不定間隔選取的，這可能導致開挖面泥水壓力設定不合理；三是整個計算過程時間較長，人工參與率較高，計算結果的準確率不能保證；四是計算方法和計算理論單一，存在盾構隧道開挖面泥水壓力設定值的偏差問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決上述背景技術中存在的問題，提供了一種盾構隧道開挖面全線泥水壓力智能化計算方法及系統(tǒng)，縮短了計算時間、提高了計算效率并提高了準確性。

2、本發(fā)明采用以下技術方案：一種盾構隧道開挖面全線泥水壓力智能化計算方法，包括以下步驟：

3、s1、對盾構隧道cad圖紙進行處理，得到具有規(guī)定要求的cad圖紙，隨后將其導入vjmap中讀取圖紙的信息，并以設定間隔進行盾構隧道全線的劃分。

4、s2、依據(jù)工程地質勘察報告提取盾構隧道地層的基本性質參數(shù)，將圖紙信息和基本性質參數(shù)進行匹配，建立盾構隧道全線地層參數(shù)數(shù)據(jù)庫。

5、s3、建立盾構隧道開挖面泥水壓力計算理論庫，該計算理論庫包括泥水壓力計算和水土壓力計算；其中，水土壓力計算包括水土分算和水土合算，土壓力計算包括朗肯土壓力計算理論、太沙基松動土壓力計算理論、基于全土柱的三維楔形體計算理論、基于太沙基松動土壓力的三維楔形體計算理論和普氏拱理論。

6、s4、調用盾構隧道全線地層參數(shù)數(shù)據(jù)庫，將基本性質參數(shù)賦值至盾構隧道開挖面泥水壓力計算理論庫中進行計算，得到盾構隧道開挖面全線泥水壓力理論值，并將該理論值和計算環(huán)號進行匹配，按照計算環(huán)號-泥水壓力計算值的格式存儲至空間數(shù)組，將空間數(shù)組轉換為表格的形式輸出。

7、進一步的，步驟s1中，處理cad圖紙包括以下內容：

8、在盾構隧道cad圖紙中，對泥水盾構隧道及穿越地層的輪廓線進行勾勒，將同類型地層進行同色填充和命名，并歸置于同一圖層；在盾構隧道始發(fā)和接收位置分別繪制開始線和結束線，同時繪制地下水位線，并將其分別放置在對應名稱的圖層中。

9、讀取的圖紙信息包括：cad圖紙id、圖層顏色、水位高度、盾構隧道地層厚度、地層排序和地層類別。

10、進一步的，步驟s2中，地層的基本性質參數(shù)包括：巖土體重度、粘聚力、內摩擦角、滲透系數(shù)和堅固系數(shù)。

11、匹配規(guī)則為：依據(jù)盾構隧道環(huán)數(shù)創(chuàng)建對應數(shù)量的空間數(shù)組，提取盾構隧道圖紙信息中每環(huán)地層的基本性質參數(shù)，并按照地層名稱-地層厚度-巖土體重度-粘聚力-內摩擦角-滲透系數(shù)-地層類別的格式存儲到空間數(shù)組中；基于該匹配規(guī)則，遍歷盾構隧道全線、圖紙信息和地層參數(shù)信息，建立盾構隧道全線地層參數(shù)信息庫。

12、進一步的，步驟s3中，泥水壓力的計算公式如下：

13、p＝psw+pp

14、其中，p表示泥水盾構隧道開挖面土壓力；psw表示泥水盾構隧道開挖面水土壓力；pp表示泥水盾構隧道開挖面預留壓力。

15、進一步的，步驟s3中，所述水土壓力計算方法如下：

16、存在地下水時，依據(jù)泥水盾構隧道所處土體類型的不同，將開挖面水土壓力計算方法分為水土分算和水土合算，當?shù)貙宇悇e為無粘性土時，采用水土分算；當?shù)貙宇悇e為粘性土時，采用水土合算。

17、采用水土分算時，水壓力和土壓力單獨計算，水壓力為靜水壓力，具體計算公式為：

18、psw＝pw+ps

19、pw＝γw·hw

20、其中，ps表示泥水盾構隧道開挖面土壓力；pw表示為泥水盾構隧道開挖面靜水壓力；γw表示水的重度，單位為n/m3；hw表示泥水盾構隧道開挖面中心點處的地下水位高度。

21、采用水土合算時，水壓力和土壓力不單獨計算，計算時將其作為整體進行考慮。

22、采用水土分算時，位于地下水位以下的土體采用浮重度，地上水位以上的土體采用天然重度；采用水土合算時，位于地下水位以下的土體采用飽和重度，地上水位以上的土體采用天然重度。

23、進一步的，步驟s3中，朗肯土壓力計算理論包括靜止土壓力理論、主動土壓力理論和被動土壓力理論；太沙基松動土壓力計算理論包括靜止太沙基松動土壓力理論、主動太沙基松動土壓力理論和被動太沙基松動土壓力理論。

24、地層類型為砂土地層，隧道埋深小于1倍隧道直徑時采用朗肯主動土壓力計算理論，隧道埋深等于或大于1倍隧道直徑時采用太沙基松動土壓力計算理論；地層類型為粘土地層，隧道埋深小于1倍隧道直徑時采用基于全土柱的三維楔形體模型計算理論，隧道埋深等于或大于1倍隧道直徑時采用基于太沙基松動土壓力的三維楔形體模型計算理論；地層類型為巖石地層，隧道埋深小于2倍隧道直徑時采用朗肯主動土壓力計算理論，隧道埋深等于或大于2倍隧道直徑時采用普氏拱理論進行壓力計算。

25、進一步的，步驟s4中，具體的匹配規(guī)則為首先建立存儲對象，根據(jù)盾構隧道的環(huán)數(shù)創(chuàng)建對應數(shù)量的空間數(shù)組，對不同計算理論的結果進行提取并按照“計算環(huán)號-泥水壓力”的格式存儲到空間數(shù)組內，將每組空間數(shù)組的數(shù)據(jù)轉換為表格，并存儲在存儲對象中，以表格的形式進行輸出。

26、進一步的，本發(fā)明還提出了一種盾構隧道開挖面全線泥水壓力智能化計算系統(tǒng)，包括：

27、信息讀取模塊，用于對盾構隧道cad圖紙進行處理，得到具有規(guī)定要求的cad圖紙，隨后將其導入vjmap中讀取圖紙的信息，并以設定間隔進行盾構隧道全線的劃分。

28、數(shù)據(jù)庫建立模塊，用于依據(jù)工程地質勘察報告提取盾構隧道地層的基本性質參數(shù)，將圖紙信息和基本性質參數(shù)進行匹配，建立盾構隧道全線地層參數(shù)數(shù)據(jù)庫。

29、泥水壓力計算理論庫建立模塊，用于建立盾構隧道開挖面泥水壓力計算理論庫，該計算理論庫包括泥水壓力計算公式、水土壓力計算方法和土壓力計算理論；其中，水土壓力計算方法包括水土分算和水土合算，土壓力計算理論包括朗肯土壓力計算理論、太沙基松動土壓力計算理論、基于全土柱的三維楔形體計算理論、基于太沙基松動土壓力的三維楔形體計算理論和普氏拱理論。

30、泥水壓力計算模塊，用于調用盾構隧道全線地層參數(shù)數(shù)據(jù)庫，將基本性質參數(shù)賦值至盾構隧道開挖面泥水壓力計算理論庫中進行計算，得到盾構隧道開挖面全線泥水壓力理論值，并將該理論值和計算環(huán)號進行匹配，按照計算環(huán)號-泥水壓力計算值的格式存儲至空間數(shù)組，將空間數(shù)組轉換為表格的形式輸出。

31、本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

32、1、本發(fā)明通過javascript語言編寫了盾構隧道開挖面泥水壓力的兩種計算方法和五種計算理論，建立了盾構隧道開挖面泥水壓力計算理論信息庫，實現(xiàn)了盾構隧道開挖面泥水壓力多種理論的快速計算。

33、2、本發(fā)明通過創(chuàng)建以計算環(huán)號-泥水壓力計算值為格式的空間數(shù)組，歷遍泥水盾構隧道全線進行開挖面泥水壓力的計算，并將計算結果按既定格式添加至盾構隧道開挖面泥水壓力計算表中，實現(xiàn)了盾構隧道開挖面泥水壓力計算值的快速輸出。

34、3、本發(fā)明聚焦泥水盾構隧道施工需求，具有計算時間快、計算準確率高、人工參與少、工作量少的優(yōu)點，實現(xiàn)了對盾構隧道開挖面全線泥水壓力的計算。