本發(fā)明涉及深部地層典型障礙物清除領(lǐng)域，特別是一種深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除風(fēng)險(xiǎn)辨識方法及控制裝置。

背景技術(shù)：

1、因城市軌道交通的跨越式發(fā)展，前期規(guī)劃未考慮后續(xù)線路。盾構(gòu)機(jī)需穿越帶有型接頭與密布大直徑鋼筋（≥28mm）的地下連續(xù)墻。僅使用盾構(gòu)機(jī)穿越帶有型接頭的地下連續(xù)墻十分困難，國內(nèi)相關(guān)施工技術(shù)多針對淺埋或易破碎的混凝土管道，不適用于對深埋鋼筋或型結(jié)構(gòu)混凝土地下連續(xù)墻進(jìn)行清障。如何快速有效地清除深埋鋼筋混凝土地下連續(xù)墻并兼顧后續(xù)施工，對工程的安全、成本及工期控制起著關(guān)鍵作用。

2、現(xiàn)有針對盾構(gòu)機(jī)深部地層清障方法主要有：（1）開挖清障井，該方法存在施工場地需求大，占用時(shí)間長，對于周邊環(huán)境復(fù)雜場地，豎井開挖自身風(fēng)險(xiǎn)及周邊環(huán)境保護(hù)難度大的問題。（2）盾構(gòu)直接磨墻，該方法存在盾構(gòu)設(shè)備適應(yīng)性存在不確定性風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)姿態(tài)難控制，且國內(nèi)外未見盾構(gòu)機(jī)需穿越帶有型接頭與密布大直徑鋼筋（≥28mm）的地下連續(xù)墻案例。（3）盾構(gòu)開倉截除障礙物，該方法對于軟土地層，地層加固后也無法敞開式掘進(jìn)，開倉人工清障風(fēng)險(xiǎn)大，通常在地層條件較好，才能開倉人工清障。

3、目前國外也有利用高壓水射流與隧道掘進(jìn)機(jī)相結(jié)合的地下清障技術(shù)，該技術(shù)使用高壓水射流對土層中的各類障礙物進(jìn)行切割、沖刷，并輔以隧道掘進(jìn)機(jī)的切削，達(dá)到在隧道推進(jìn)的同時(shí)，去除土層中障礙物的目的。在刀具上安裝了水射流裝置，通過切割巖石試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)水射流切割之后，刀具再切割時(shí)刀頭的受力得到了明顯的改善。在機(jī)械刀具上安裝水射流輔助裝置進(jìn)行破巖試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水射流可以減少?30%以上的截齒邊緣磨損量。ozcelik等［研究發(fā)現(xiàn)水壓、轉(zhuǎn)速等因素對破巖效率影響較大。ciccu等在圓盤破巖試驗(yàn)中使用了水射流技術(shù)，表明在有水射流參與的工況下溝槽材料的去除率得到了極大的提升。li?等通過水射流數(shù)值模型發(fā)現(xiàn)高壓水射流對巖石的應(yīng)力傳播速度極快。為研究巖石在顆粒水射流耦合條件下的細(xì)觀破巖機(jī)理，ren等試驗(yàn)研究了巖石在顆粒水射流耦合沖擊下的損傷和破裂特性，分析了巖石表面的磨損、顆粒對巖石的沖擊、裂紋的形成和擴(kuò)展等過程，揭示巖石在顆粒水射流耦合作用下的損傷和破裂機(jī)制。在數(shù)值分析方面，wu?等基于voronoi顆粒的sph-fem/dem耦合方法，模擬研究巖石在水射流沖擊下微觀層面的破碎行為，包括巖石顆粒的變形、破碎、裂紋擴(kuò)展等過程，揭示了巖石的微觀破碎機(jī)制。

4、但是現(xiàn)有技術(shù)中存在著清除過程中，對現(xiàn)有構(gòu)件的力學(xué)性能存在過多依賴，缺少實(shí)時(shí)的監(jiān)控，往往無法實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)預(yù)判，因而存在安全隱患的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)清除過程中，對于施工風(fēng)險(xiǎn)沒有監(jiān)控和辨識，因而存在安全隱患的問題。

2、本發(fā)明的具體方案是：

3、設(shè)計(jì)一種深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除風(fēng)險(xiǎn)辨識及控制裝置，包括如下步驟：

4、（1）數(shù)據(jù)收集：型在開始清除混凝土結(jié)構(gòu)之前，采用數(shù)值分析軟件建立施工影響范圍內(nèi)地層及建筑物三維有限元計(jì)算模型，模擬地連墻機(jī)械法清障施工的全過程，通過數(shù)值計(jì)算得到的地層水平位移、沉降量及應(yīng)力分布與建構(gòu)筑物的變形及受力，揭示與地連墻機(jī)械法清障施工對地層及構(gòu)筑物變形及受力作用的影響機(jī)理；

5、（2）設(shè)置設(shè)備施工參數(shù)預(yù)警值，之后開啟施工：基于工程資料和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，制定相應(yīng)的施工監(jiān)測方案并進(jìn)行工程現(xiàn)場施工監(jiān)測，分析地連墻機(jī)械法清障施工過程中地層、構(gòu)筑物關(guān)鍵點(diǎn)位的沉降量、水平位移、應(yīng)力，通過對工程監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元計(jì)算結(jié)果的分析，系統(tǒng)研究與地連墻機(jī)械法清障施工的影響分區(qū)，地層、建構(gòu)筑物的變形及受力演變特征，建立周邊地層變形預(yù)測模型；

6、（3）控制抓斗工作參數(shù)，確定豎井回填措施：深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除成套設(shè)備施工輔助配套措施，即利用搓管機(jī)加工沉地套管，套管內(nèi)安裝橫向鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)，所述橫向鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)對混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)施預(yù)先鉆進(jìn)，以降低后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)的刀頭施工強(qiáng)度，上述深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除成套設(shè)備施工輔助配套措施實(shí)施的過程中，基于數(shù)值模擬結(jié)果和施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定液壓抓斗的沖擊力及閉合力；在擠壓套管的過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行糾偏控制，提高沉井施工的質(zhì)量和效率；制定合理的豎井回填措施，控制地層與構(gòu)筑物的受力及變形；研究多次沉井的施工控制措施，形成合理高效輔助施工工法，順利完成多次交叉沉井施工；

7、（4）利用過程中參數(shù)變化形成風(fēng)險(xiǎn)預(yù)辨識：該步驟中風(fēng)險(xiǎn)辨識包括如下辨識步驟：a.施工開啟后，套管安裝過程中，實(shí)施檢測關(guān)鍵點(diǎn)位沉降值，當(dāng)數(shù)據(jù)表現(xiàn)出探測點(diǎn)明顯凹陷時(shí)，判定存在局部管涌和沉降；b.液壓爪斗取土的工作過程中，實(shí)時(shí)檢測套管周邊壓力，當(dāng)套管兩側(cè)對稱位置的探測數(shù)據(jù)不相同時(shí)，判定有局部力不均衡的現(xiàn)象發(fā)生，調(diào)節(jié)液壓爪斗工作過程中沖擊力，進(jìn)一步檢測套管變形情況，同時(shí)施加反作用力對套管進(jìn)行糾偏；c.回填過程中，采用上述步驟b的步驟，對套管的形位進(jìn)行監(jiān)控，防止土壤回填過程中填裝密度不均勻引發(fā)的局部沉降。

8、所述混凝土結(jié)構(gòu)的已建成側(cè)的側(cè)面上安裝有壓力感應(yīng)裝置，所述混凝土結(jié)構(gòu)的未建成側(cè)的側(cè)面上安裝沉降感應(yīng)裝置。

9、所述沉降感應(yīng)裝置包括多組測距元件，各組測距元件平行布置于安裝平面上，各組測距元件包括多個(gè)測距部件，各對應(yīng)測距部件的安裝高度相一致。

10、一種模擬試驗(yàn)設(shè)備，用于預(yù)先模擬深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除風(fēng)險(xiǎn)辨識方法，包括模擬土箱，所述模擬土箱內(nèi)部兩側(cè)上設(shè)有卡槽，所述卡槽內(nèi)安裝模擬典型混凝土結(jié)構(gòu)障礙物，在所述模擬典型混凝土結(jié)構(gòu)障礙物的一側(cè)、經(jīng)得以上下的移動(dòng)副連接柔性蓋片，所述柔性蓋片上設(shè)有通孔，與所述通孔配套的，設(shè)置豎直的模擬鉆管，所述模擬鉆管內(nèi)設(shè)置得以升降的模擬鉆孔設(shè)備；

11、在所述模擬典型混凝土結(jié)構(gòu)障礙物中，設(shè)有多個(gè)壓力感應(yīng)元件，所述柔性蓋片的上方安裝模擬土箱中沉降的測距元件，所述測距元件穿過所述柔性蓋片，插裝于混凝土結(jié)構(gòu)的未建成側(cè)的上方。

12、所述模擬鉆孔設(shè)備包括帶動(dòng)其自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)輸出桿的端部設(shè)有鉆頭。

13、所述模擬鉆孔設(shè)備連接有帶動(dòng)其升降的驅(qū)動(dòng)設(shè)備和控制其高度自鎖的鎖定設(shè)備。

14、所述模擬鉆管連接有帶動(dòng)其升降的模擬吊裝設(shè)備，所述柔性蓋片上還設(shè)有土方存儲設(shè)備和土方回填設(shè)備，所述土方回填設(shè)備包括壓力式壓桿。

15、所述壓力式壓桿底部和所述模擬鉆管的底部都設(shè)有壓力感應(yīng)機(jī)構(gòu)。所述模擬箱內(nèi)側(cè)面覆蓋有光線感應(yīng)板，或者所述模擬箱的外部側(cè)面安裝光線感應(yīng)板；所述測距元件包括頂部得以發(fā)射紅色射光的錨桿，所述錨桿底部得以錨裝在模擬土箱的上方，頂部高度不高于光線感應(yīng)板的邊緣。

16、本發(fā)明的有益效果在于：

17、分析深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除施工對周邊環(huán)境影響的機(jī)理與規(guī)律，確定監(jiān)測范圍與監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)沉井的順利施工。具體的在工作過程中，借助實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，首先進(jìn)行工況的預(yù)模擬，對施工現(xiàn)場的問題進(jìn)行預(yù)判，之后在施工現(xiàn)場，再次進(jìn)行實(shí)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)辨識，并及時(shí)干預(yù)，通過兩次的辨識管控，以雙保險(xiǎn)的形式降低深部地層型混凝土結(jié)構(gòu)清除過程中給土層帶來的變化及產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

18、結(jié)合電子部件和數(shù)據(jù)信息部件，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸，可以第一時(shí)間觀測風(fēng)險(xiǎn)并處理風(fēng)險(xiǎn)；

19、模擬試驗(yàn)設(shè)備中，借助輔助的光電感應(yīng)板，利用光在光電感應(yīng)板上的投影的位置變化，結(jié)合電路表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)微小觀測數(shù)據(jù)變動(dòng)的準(zhǔn)確觀測，整體精度高，成本低。