[發明專利]一種考慮全參數影響的隧道工程初期設計方法

有效

• 申請號: 201510052100.3
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104653196B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 張頂立;于富才;房倩;臺啟民;孟猛;宋浩然;陳立平;董飛
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;中國鐵路總公司
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明涉及隧道工程設計技術領域，尤其涉及一種考慮全參數影響的隧道工程初期設計方法。

背景技術

目前我國鐵路隧道數量、總長度均居世界第一，鐵路隧道建設取得了舉世矚目的成就。但是，從眾多鐵路隧道工程設計、施工來看，目前隧道的結構設計普遍采用基于經驗的工程類比方法，現有的數值計算也未能考慮隧道變形的時空特性，難以做到科學化設計。同時，由于隧道圍巖-支護相互作用的不確定性、地質條件的多變性及缺乏系統理論指導的現狀，隧道的初期設計方案往往造成在某些條件下過于保守，造成浪費，然而在另外一些條件下又由于隧道結構設計過于薄弱而存在較大的安全隱患，給隧道工程的建設和后期的運營造成較大的安全風險。

因此，現有隧道工程的初期設計方法存在主觀性強、科學性差，容易造成浪費或安全風險較大的缺點。

發明內容

本發明的實施例提供了一種考慮全參數影響的隧道工程初期設計方法，以實現對隧道工程進行有效的初期設計。

一種考慮全參數影響的隧道工程初期設計方法，包括：

根據規范中對隧道預留變形量的規定和隧道縱向位移的計算結果，獲取初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值；

綜合考慮隧道施工中隧道變形的時間變化規律，獲取考慮了隧道變形全參數影響的隧道縱向不同變形階段的變形值；

將考慮了隧道變形全參數影響的隧道縱向不同變形階段的變形值與所述初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值進行比較，根據比較結果確定所述隧道的初期設計方案的合理性。

所述的方法還包括：將隧道縱向不同變形階段劃分為：隧道工程超前段、未支護段、安全距離段和后續階段。

所述的根據規范中對隧道預留變形量的規定和隧道縱向位移的計算結果，獲取初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值，包括：

根據勘查結果確定隧道工程所賦存圍巖的物理力學參數、巖土體結構面的力學特性和分布特征及水文地質條件，確定圍巖級別，結合包括隧道功能、長度、埋深在內的基本設計信息，對隧道工程進行綜合評定；

根據隧道工程的綜合評定結果和類似工程設計經驗，確定隧道工程的支護措施、支護結構物理力學參數及初期支護未支護段長度和二次襯砌與初期支護之間安全距離的長度；

根據規范中對隧道預留變形量的規定和隧道工程綜合評定結果確定隧道的最終變形控制值，根據數值計算結果確定隧道縱向不同變形階段的變形控制值。

所述的隧道縱向不同變形階段的變形控制值包括：隧道工程超前段變形控制值C1、未支護段變形控制值C2、安全距離段變形控制值C3和后續階段變形控制值C4。

所述的綜合考慮隧道施工中隧道變形的時間變化規律，獲取考慮了隧道變形全參數影響的隧道縱向不同變形階段的變形值，包括：

采用大型三維數值仿真方法，綜合考慮隧道初期支護噴射混凝土和二次襯砌模筑混凝土的時間硬化特性、隧道開挖速度、初期支護施做速度、二次襯砌施做速度及圍巖、支護結構的物理力學參數，得到考慮了全參數影響的隧道縱向不同變形階段的變形值，其中包括：考慮了全參數影響的隧道工程超前段變形值A1、未支護段變形值A2、安全距離段變形值A3和后續階段變形值A4。

所述的將考慮了隧道變形全參數影響的隧道縱向不同變形階段的變形值與所述初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值進行比較，根據比較結果確定所述隧道的初期設計方案的合理性，包括：

將所述C1與所述A1進行比較，所述C2與所述A2進行比較，所述C3與所述A3進行比較，所述C4與所述A4進行比較；

如果滿足A1≤C1，A2≤C2，A3≤C3，A4≤C4，則確定所述隧道的初期設計方案符合要求；

如果不滿足A1≤C1，A2≤C2，A3≤C3，A4≤C4，則將初期設計的各個變形控制值之和與考慮了全參數影響的各個變形值之和進行比較，根據比較結果確定所述隧道的初期設計方案的合理性。

所述的將初期設計的各個變形控制值之和與考慮了全參數影響的各個變形值之和進行比較，根據比較結果確定所述初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值是否滿足要求，包括：

如果滿足A1+A2+A3+A4≤C1+C2+C3+C4，則確定所述隧道的初期設計方案符合要求；

如果不滿足A1+A2+A3+A4≤C1+C2+C3+C4，則確定所述初期設計的隧道縱向不同變形階段的變形控制值不符合要求，根據各階段變形特點分析變形超標原因并調整相應的設計參數，重復以上步驟直至隧道的初期設計方案符合要求。