隧道基底注浆量计算方法及系统

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种隧道基底注浆量计算方法及系统。

背景技术：

1、作为隧道衬砌病害的常见治理方式之一，隧道注浆对隧道结构的加固，具有重要意义。隧道注浆的方式，包括了隧道内注浆、隧道外注浆、二次注浆等，对于盾构施工还包括了同步注浆、壁后注浆等形式。注浆的方式多种多样，按照浆液在土体中的扩散方式则主要包括渗透注浆、压实注浆与劈裂注浆。对于渗透率较低的饱和软土，渗透注浆效果较差，一般采用劈裂注浆方式进行注浆。对于土体的劈裂注浆，主要有三个阶段：首先，浆液由注浆管注入到土体中，此时土体受到浆液挤压产生变形但未发生劈裂，形成“浆泡”；随后，当土体变形及注浆压力达到临界值后，浆液起劈；最后，浆液在土体中进行扩展，并将由于不同大小的围压产生不同数量的浆脉，此时土体被浆液进行挤压，并由浆液填充土体间的空隙，注浆过程完成。

2、但是，目前在实际的工程过程中，隧道基底注浆的注浆量计算， 依旧存在工程实际注浆量与设计注浆量差别较大的问题。在工程实际情况下，设计的注浆量与实际施工过程中的注浆量存在差异，可能造成注浆后管片上浮等情况出现，严重影响施工的效果。而且，实际注浆量与设计注浆量的较大差别，还可能导致资源的浪费等情况。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种可靠性高却精确性好的隧道基底注浆量计算方法。

2、本发明的目的之二在于提供一种实现所述隧道基底注浆量计算方法的系统。

3、本发明提供的这种隧道基底注浆量计算方法，包括如下步骤：

4、s1. 获取隧道基底的数据信息；

5、s2. 根据步骤s1获取的数据信息，对隧道基底注浆过程进行简化；

6、s3. 获取隧道基底所在位置的应力数据；

7、s4. 根据获取的应力数据，基于圆孔扩张理论对注浆体轴向膨胀量进行计算，基于mindlin解对注浆体竖向膨胀量进行计算；

8、s5. 根据步骤s4得到的膨胀量计算结果，计算得到隧道基底的注浆量。

9、所述的步骤s2，具体包括如下步骤：

10、将隧道基底注浆等效为压密注浆，将注浆体等效为圆柱体进行处理。

11、步骤s4所述的基于圆孔扩张理论对注浆体轴向膨胀量进行计算，包括如下步骤：

12、设定土体本构为摩尔库伦模型，并基于平衡微分方程、几何方程和土体屈服准则，计算得到与扩张中心的距离为r的点，由于注浆压力p而产生的位移u；

13、按照土体应变对不同注浆深度的影响，在各个注浆体平面内进行计算，并沿注浆体竖向进行积分，得到注浆体轴向膨胀量。

14、步骤s4所述的基于圆孔扩张理论对注浆体轴向膨胀量进行计算，具体包括如下步骤：

15、基于圆孔扩张理论，对注浆体轴向膨胀量进行计算；

16、设定土体本构为摩尔库伦模型，并基于平衡微分方程、几何方程和土体屈服准则，采用如下算式计算得到与扩张中心的距离为r的点，由于注浆压力p而产生的位移u：

17、式中v为泊松比；为塑性区与弹性区交界处的应力；为土体初始应力；塑性区半径；e为弹性模量；r为距离扩张中心距离；m为土体剪胀参数，且，为土体剪胀角；为轴向弹性应变；为切向弹性应变；为塑性区边界位移，且；为弹塑性边界轴向弹性应变；为弹塑性边界切向弹性应变；

18、其中，塑性区半径由扩孔半径a与扩孔（注浆）压力p表达为：

19、

20、式中a为第一中间参数，且；b为第二中间参数，且；c为第三中间参数，且；

21、按照土体应变对不同注浆深度的影响，在各个注浆体平面内进行计算，并沿注浆体竖向进行积分，采用如下算式计算得到注浆体轴向膨胀量：式中l为注浆体的长度；为与扩张中心的距离为a的点，由于注浆压力p而产生的位移；a为注浆体的半径；y表示轴向方向。

22、步骤s4所述的基于mindlin解对注浆体竖向膨胀量进行计算，包括如下步骤：

23、对于注浆体竖向膨胀量，基于mindlin解进行计算；

24、针对竖向注浆体，基于mindlin解答，计算得到在空间弹性半无限体中内的竖向集中力对该空间内任一点产生的圆柱坐标下的竖向位移，并积分，得到竖向注浆体的竖向膨胀量；

25、针对水平注浆体，基于mindlin解答，计算得到在空间弹性半无限体中内的竖向集中力对该空间内任一点产生的圆柱坐标下的竖向位移，并积分，得到水平注浆体的竖向膨胀量。

26、针对竖向注浆体，基于mindlin解答，采用如下算式计算得到在空间弹性半无限体中内，均布压力q对该空间内任一点产生的圆柱坐标下的竖向位移：

27、

28、式中q为竖向注浆压力；g为剪切模量；为集中点与任一点的距离，且，为任一点与坐标轴中心的轴向距离，；为集中点基于半无限空间表面对称点与任一点距离，且；为坐标轴内积分微元的半径；坐标轴内积分微元的角度；

29、对得到的竖向位移进行积分，得到竖向注浆体的竖向膨胀量w为。

30、针对水平注浆体，基于mindlin解答，采用如下算式计算得到在空间弹性半无限体中内，均布压力作用于点对该空间内任一点产生的圆柱坐标下的的竖向位移：

31、

32、式中为水平注浆压力；g为剪切模量；为集中点与任一点距离；为集中点基于半无限空间表面对称点与任一点距离；

33、对得到的竖向位移进行积分，得到水平注浆体的竖向膨胀量u为。

34、所述的步骤s5，具体包括如下步骤：

35、根据步骤s4得到的注浆体轴向膨胀量和注浆体竖向膨胀量，将注浆体轴向膨胀量和注浆体竖向膨胀量求和，得到隧道基底的注浆量；其中，注浆体竖向膨胀量的取值为：若注浆管与水平线夹角为，则注浆体竖向膨胀量的取值为竖向注浆体的竖向膨胀量；若注浆管与水平线夹角为，则注浆体竖向膨胀量的取值为水平注浆体的竖向膨胀量。

36、本发明还提供了一种实现所述隧道基底注浆量计算方法的系统，包括隧道数据获取模块、简化模块、应力数据获取模块、膨胀量计算模块和注浆量计算模块；隧道数据获取模块、简化模块、应力数据获取模块、膨胀量计算模块和注浆量计算模块依次串接；隧道数据获取模块用于获取隧道基底的数据信息，并将数据信息上传简化模块；简化模块用于根据接收到的数据信息，对隧道基底注浆过程进行简化，并将数据信息上传应力数据获取模块；应力数据获取模块用于根据接收到的数据信息，获取隧道基底所在位置的应力数据，并将数据信息上传膨胀量计算模块；膨胀量计算模块用于根据接收到的数据信息，基于圆孔扩张理论对注浆体轴向膨胀量进行计算，基于mindlin解对注浆体竖向膨胀量进行计算，并将数据信息上传注浆量计算模块；注浆量计算模块用于根据接收到的数据信息，计算得到隧道基底的注浆量。

37、本发明提供的这种隧道基底注浆量计算方法及系统，通过隧道基底注浆体的简化，并基于圆孔扩张理论与mindlin解对注浆体轴向膨胀与竖向膨胀分别进行求解，最后计算得到注浆体的注浆量；而且本发明的可靠性更高，精确性更好。