(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211057917.6 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中铁九局集团第四工程有限公司 地址 110013 辽宁省沈阳市沈河区敬宾街 3-1号 申请人 中铁九局集团有限公司 　中南大学 (72)发明人 王洋　李凯　丁宁　孟阳　崔广宇　 佟方硕　余俊　郑靖凡　 (74)专利代理 机构 北京合创致信专利代理有限 公司 16127 专利代理师 刘素霞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E21D 9/06(2006.01) E21D 9/12(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种土压平衡式盾构喷涌 判别方法 (57)摘要 本发明提供一种土压平衡式盾构喷涌判别 方法， 所述判别方法包括： 以进土口上顶点为零 点建立土舱的几何模型， 利用分离变量法求解假 定的土舱的二维渗流场解析解； 建立螺旋输送机 渗流场一维模 型； 确定真实的土舱的二维渗流场 解析解和螺旋输送机的一维渗流场解析解； 结合 螺旋输送机排土口水压力判别不同地层的喷涌 可能性。 通过土舱求得的水流量及排土口水头确 定螺旋输送机内的一维渗流场解析解， 再根据土 舱与螺旋输送机交界面水头连续条件确定盾构 内的渗流场。 在结合已有喷涌研究的基础上， 可 以快速分析土压平衡式盾构在不同地层掘进时 的喷涌风险， 对土压平衡式盾构的安全施工提供 理论帮助。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115470625 A 2022.12.13 CN 115470625 A 1.一种土 压平衡式盾构喷涌 判别方法， 其特 征在于， 所述判别方法包括： 步骤S1， 以进土口上顶点为零点建立土舱的几何模型， 并水平方向将土舱划分为第一 区域、 第二区域； 步骤S2， 基于土舱内渗流达西定律并结合土舱的边界条件， 利用分离变量法求解假定 的土舱的二维渗 流场解析解； 步骤S3， 利用假定的土舱的二维渗流场解析解求解单位时间经过螺旋输送机进土口的 地下水流量， 根据经过螺旋输送机进土口的地下水流量及螺旋输送机排土口水头建立螺旋 输送机渗 流场一维模型； 步骤S4， 通过土舱与螺旋输送机进土口处的水头、 流量相等条件确定真实的土舱的二 维渗流场解析解和螺 旋输送机的一维渗 流场解析解； 步骤S5， 利用真实的土舱二维渗流场解析解及螺旋输送机一维渗流场 解析解确定盾构 内渗流场， 再 由盾构内渗流场确定螺旋输送机内的水流量， 结合螺旋输送机排土口水压力 判别不同地层的喷涌可能性。 2.根据权利要求1所述的土 压平衡式盾构喷涌 判别方法， 其特 征在于， 在步骤2中， 通过第一区域的二维渗流场解析解和第二区域的二维渗流场解析解共 同 组成假定的土舱的二维渗 流场解析解。 3.根据权利要求2所述的土 压平衡式盾构喷涌 判别方法， 其特 征在于， 利用分离变量法及第一区域和第二区域的边界条件求得假定的土舱的二维渗流场解 析解； 该土舱的二维渗 流场解析解方程式为： 上式中H1和H2分别为第一区域和第二区域的水头， x表示与螺旋输送机进土口的水平距 离， z表示与螺 旋输送机进土口最靠上点的竖直距离 。 4.根据权利要求3所述的土 压平衡式盾构喷涌 判别方法， 其特 征在于， 第一区域的二维渗 流场解析解的解 为： 第二区域的二维渗 流场解析解的解 为： 式中， H1表示第一区域的地下水水头； H2表示第二区域的地下水水头； h1表示刀盘中心 处的地下水水头； hAB表示螺旋输送机进土口处的地下水水头； L1表示土舱的长度； d表示螺 旋输送机的直径； d1表示第一区域的高度； x表示与 螺旋输送机的进土口水平方向的距离， z 表示螺旋输送机的进土口 的垂直方向的距离； n表示级数项的项数； m表示级数项的项数； kn、 km表示土舱的特 征频率； An、 Bm表示级数项。 5.根据权利要求4所述的土压平衡式盾构喷涌判别方法， 其特征在于， 级数项An、 Bm满足 下列方程组：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470625 A 2式中， An、 Bm表示级数项； L1表示土舱的长度； d表示螺旋输送机的直径； d1表示第一区域 的高度； kn、 km表示土舱的特 征频率。 6.根据权利要求1所述的土压平衡 式盾构喷涌判别方法， 其特征在于， 在步骤2中， 假定 土压平衡式盾构机开挖的渣土为饱和均质土， 第一区域的开挖面及第二区域的开挖面与螺 旋输送机的进土口处地下 水水头为一定值。 7.根据权利要求1所述的土 压平衡式盾构喷涌 判别方法， 其特 征在于， 螺旋输送机渗 流场一维解析解 为： 式中， H表示螺旋输送机内水头； L2表示螺旋输送机的长度； d表示螺旋输送机的直径； km 表示土舱的特征频率； θ为螺旋输送机轴线与水平方向的夹角； h2表示螺旋输送机排土口水 压力， 可以通过螺 旋输送机直接监测得到 。 8.根据权利要求1所述的土压平衡式盾构喷涌判别方法， 其特征在于， 单位 时间经过螺 旋输送机进土口 的地下水流量为Q： Q＝‑ikA 其中、 i是 水力梯度， k是渗透系数， A是进土口 的面积； 求解螺旋输送机的进土口处水力梯度的平均值， 代入上式后可 得： 9.根据权利要求8所述的土压平衡式盾构喷涌判别方法， 其特征在于， 将假定的土舱二 维渗流场解析解和螺旋输送机一 维渗流场解析解代入同一坐标轴， 并分别求解进土口处不 同水头下的水流 量， 以二者所求解直线的交点确定盾构内渗 流场。 10.根据权利要求9所述的土压平衡式盾构喷涌判别方法， 其特征在于， 在确定实际的 渗流场后确定Bm， 由此可以确定水流 量Q。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470625 A 3