(19)中华 人民共和国 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 202110319211.1 (22)申请日 2021.03.25 (71)申请人 上海大学 地址 200444 上海市宝山区大场镇上 大路 99号 (72)发明人 卢靖　胡珉　阮嘉辰　吴秉键　 庄若晨　范慧君　 (74)专利代理 机构 上海金盛协力知识产权代理 有限公司 31242 代理人 王松 (51)Int.Cl. E21D 9/093(2006.01) E21D 9/08(2006.01) E21D 11/10(2006.01) G01C 5/00(2006.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 地表沉降控制方法及系统 (57)摘要 本发明揭示了一种地表沉降控制方法及系 统， 所述地表沉降控制方法包括： 实时施工数据 获取步骤， 获取所需的实时施工数据； 施工数据 处理步骤， 对获取的施工数据进行处理； 掘进参 数阈值计算步骤， 根据盾构实时工况计算得到各 掘进参数调整范围， 作为掘进参数优化求解过程 中的可行域； 沉降控制评价步骤， 根据实际沉降 情况与目标沉降的差距对沉降控制 效果进行评 价， 并基于沉降控制评价结果对掘进参数优化过 程进行调整； 掘进参数优化步骤， 采用启发式算 法基于沉降预测模型和掘进参数范围根据沉降 控制目标计算得到合理的掘进参数， 并将计算得 到的掘进参数值写入盾构机参与盾构控制。 本发 明可对盾构施工过程中沉降进行有效控制， 提高 工程的安全性。 权利要求书7页 说明书16页 附图1页 CN 114075978 A 2022.02.22 CN 114075978 A 1.一种地表沉降控制方法， 其特 征在于， 所述 地表沉降控制方法包括： 实时施工数据获取步骤， 获取 所需的实时施工数据； 施工数据处理步骤， 对所述实时施工数据获取步骤中获取的施工数据进行处理， 包括 沉降数据特 征提取及掘进参数 数据处理； 掘进参数阈值计算步骤， 根据盾构实时工况计算得到各掘进参数调整范围， 作为掘进 参数优化 求解过程中的可 行域； 沉降控制评价步骤， 根据实 际沉降情况与目标沉降的差距对沉降控制效果进行评价， 并基于沉降控制评价结果对掘进参数优化过程进行调整； 掘进参数优化步骤， 采用启发式算法基于沉降预测模型和掘进参数范围根据沉降控制 目标计算得到合理的掘进参数， 并将计算得到的掘进参数值写入盾构机参与盾构控制。 2.根据权利要求1所述的地表沉降控制方法， 其特 征在于： 所述掘进参数优化步骤中， 将切口前方和盾尾后方的测点沉降作为一个整体来进考 虑， 将切口前 方和盾尾后方的沉降监测 加权平均值作为 沉降预测 和控制的目标； 优化计算过程中引入沉降控制目标值， 沉降控制目标值根据实际工程施工情况通过人 工输入或沉降目标规划模型计算 得到， 沉降控制目标具体包括切口前方控制目标Gf_avg和盾 尾后方沉降控制目标Gt_avg； 并将控制的掘进参数进行分为主控掘进参数和辅控掘进参数两类， 根据沉降控制评价 步骤得到的结果对进行掘进控制参数选择。 3.根据权利要求1所述的地表沉降控制方法， 其特 征在于： 所述实时施工数据获取步骤中， 通过网络与数据库建立连接获取所需的掘进数据、 地 表沉降数据和实时地质数据； 所述掘进数据具体包括盾构埋深、 盾构行程、 正面土压力、 注浆量、 注浆压力、 刀盘扭 矩、 千斤顶推力、 切口水平偏差、 切口高程偏差、 盾尾水平偏差、 盾尾高程偏差、 盾构坡度角； 所述地表沉降数据包括监测时间、 监测点位置、 测点沉降； 所述实时地质数据具体包括 开挖面土层的粘聚力、 内摩擦角以及含水率； 所述施工数据处 理步骤包括沉降数据特 征提取步骤及掘进数据特 征提取步骤； 所述沉降数据 特征提取步骤中， 根据获取的原始沉降数据计算切口前方的沉降平均值 Sf_avg和盾尾后方的沉降平均值St_avg， 计算公式如下： 式中， Lf为施工对前方地表变形的影响距离， Lt为施工对后方地表变形的影响距离， k为 影响范围内的测点 数， si为影响范围内第i个 监测点的累计 沉降值， pi为影响范围内第i个 沉 降监测点的对应的环号； 所述掘进数据特征提取步骤中， 剔除原始盾构掘进数据包含的无效信息， 包括停推数 据以及异常数据； 首先根据推进速度、 刀盘转速和推力大小进行停推判断， 推进速度、 刀盘 转速和推力其中一者为0时则判断为停机并将该条数据删除， 然后计算各参数的均值 μ和标权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114075978 A 2准差σ， 如果数据没有落在( μ ‑3σ， μ+3σ )范围内， 则判定该数据为异常数据并剔除该数据； 最 后计算环平均正面土压力、 环平均推进速度、 环注浆填充率、 环水平姿态变化量、 环高程姿 态变化量作为掘进参数 特征。 4.根据权利要求1所述的地表沉降控制方法， 其特 征在于： 所述掘进参数阈值计算步骤中， 结合当前工况根据 经验公式确定各掘进参数所允许的 调整范围， 并将其输入至掘进参数优化模块， 作为启发式算法优化 求解过程中的可 行域； 所述掘进参数阈值计算步骤包括注浆压力计算步骤、 注浆量计算步骤及土仓压力 计算 步骤； 所述注浆压力计算步骤中， 计算注浆压力； 根据地层原始应力及盾构施工的地质环境 所确定注浆压力,注浆压力σa取值范围预估公式如下： 式中， 为土体的内摩擦角， c为土体的粘聚力， σ0为地层原始应力， Δσ 注浆压力沿程损 失； 所述注浆量计算步骤中， 计算注浆量； 由于软土地层的土体强度较低， 盾尾脱出管片后 存在建筑空隙， 需要通过浆液进行填充， 注浆 量V取值范围预估公式如下： 式中， D0为盾构刀盘直径； D为管片外径； 所述土仓压力计算 步骤中， 计算土 仓压力； 土压力取值范围预估公式如下： 式中， Pmin为土压力最小值， Pmax为土压力最大值， γ土的重度， z为隧道埋深， c为土体粘 聚力， 为内摩擦角。 5.根据权利要求1所述的地表沉降控制方法， 其特 征在于： 所述沉降控制评价步骤中， 根据实际沉降情况与目标沉降的差距对沉降控制效果进行 评价， 并基于沉降控制评价结果对掘进参数优化过程进行调整； 由于沉降控制主要分为切口前方的沉降控制与盾尾后方的沉降控制， 切口前方和盾尾 后方沉降控制情况根据切口前方和盾尾后方两倍盾构直径范围内的沉降测 点沉降值计算 得到， 切口前 方的沉降控制指标Q1和盾尾后方的沉降控制指标Q2具体计算方法如下： Qi＝10‑2×|Savg， i‑Gi|‑qmin， i‑qmax， i权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114075978 A 3