申请/专利权人：华侨大学;中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司

申请日：2021-07-12

公开（公告）日：2022-12-02

公开（公告）号：CN113360996B

主分类号：G06F30/13

分类号：G06F30/13;G06F30/20;E21D11/10;E21D11/15;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2022.12.02#授权;2021.09.24#实质审查的生效;2021.09.07#公开

摘要：本发明公开了一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法，涉及隧道工程支护设计技术领域。所述方法根据对原位岩体的波速测试来确定现场岩体的完整性指标，以弹性波动理论计算岩体的物理力学性质作为初期支护的设计参数，将完整围岩和喷射混凝土的组合形式作为置换原设计初期支护的方案，并通过支护刚度和承载力方面的计算和比较来确保置换方案的安全性和可靠性。本发明提供的一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法和装置，可以在隧道静态破碎施工过程中，解决由于传统初期支护施作需花费大量时间在修整隧道周边轮廓上的问题，为加快施工进度提供合理有效的方法。

主权项：1.一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法，其特征在于，包括：步骤1、对现场岩体进行原位波速测试，获取岩体的弹性横波速度和弹性纵波速度；步骤2、根据测得的岩体波速，计算岩体的完整性系数，当计算得到的完整性系数大于等于设定值时，进入步骤3，当计算得到的完整性系数小于设定值时，结束步骤；步骤3、根据弹性波动理论，由波速计算初期支护设计中所需的现场岩体物理力学参数，根据所述现场岩体物理力学参数，设计初期支护方案，所述初期支护方案为钢格栅和喷射混凝土组成的隧道支护结构体系；步骤4、根据所述初期支护方案计算置换方案的参数，并根据等效截面的原理建立刚度和承载力的计算模型；步骤5、根据所述刚度和承载力的计算模型计算所述初期支护方案支护刚度和承载力的大小以及所述置换方案的支护刚度和承载力的大小，若计算得到置换方案的支护刚度和承载力的大小均不小于所述初期支护方案的刚度和承载力的大小，则确定施作所述置换方案；若计算得到置换方案的支护刚度和承载力的大小有一项小于原设计初期支护的刚度和承载力的大小，则不施作所述置换方案，进入步骤6；步骤6，调整置换方案的参数，所述置换方案的参数包括围岩厚度和喷射混凝土厚度，然后返回步骤5；所述步骤3中，根据弹性波动理论，由波速计算初期支护设计中所需的现场岩体物理力学参数，具体如下： 其中，E为弹性模量，μ为泊松比，ρ为密度，VS为原位岩体波速测试中的横波速度，VP为原位岩体波速测试中的纵波速度；所述步骤4中，刚度计算模型具体如下：根据等效截面的原理采用下式计算刚度： 其中，EI为初期支护结构刚度大小，E1为初期支护方案中混凝土弹性模量；I1为初期支护方案中混凝土结构惯性矩；E2为钢架弹性模量；I2为钢架对应惯性矩；E'I'为置换结构刚度大小；E'1为置换方案中混凝土弹性模量；I'1为置换方案中混凝土结构惯性矩；E'2为岩体弹性模量、I'2为岩体结构惯性矩；所述步骤4中，承载力计算模型具体如下：首先，根据隧道断面形式和围岩条件，支护结构内力由下式计算： 其中，X1为支护结构所承受轴力，X2为支护结构所承受弯矩，△iP为荷载作用下，沿Xi方向产生的位移，其中，i＝1，2；β0为拱脚总弹性转角，f为支护结构矢高，u0为总水平位移；然后，由下式计算该支护结构下所能承受的极限轴力： 其中，σ为混凝土抗压强度，A1为初期支护方案中喷射混凝土结构的截面积；A2为初期支护方案中格栅钢架的截面积，E1为初期支护方案中混凝土弹性模量，E2为钢架弹性模量；由公式4和公式5联立得到该支护结构下所能承受的上覆极限均布荷载大小，即为承载力的大小。

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