[發(fā)明專利]一種深埋非對(duì)稱小間距隧道圍巖壓力計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510518979.6
• 申請(qǐng)日: 2015-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN105138767B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鵬飛;王帆;魏盼;張成平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

一種深埋非對(duì)稱小間距隧道圍巖壓力計(jì)算方法，本方法考慮了小間距隧道左右兩側(cè)洞的幾何與結(jié)構(gòu)非對(duì)稱條件，以及兩洞的開挖順序，基于普氏平衡拱理論，提出了深埋非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載的計(jì)算方法，以期為此類工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。本文基于普氏平衡拱理論，在考慮了左、右洞結(jié)構(gòu)不對(duì)稱和不同時(shí)施工的條件下，推導(dǎo)了深埋非對(duì)稱小間距隧道的圍巖壓力計(jì)算公式，并且討論了隧道中夾巖柱厚度、開挖跨度與高度、中夾巖柱抗壓強(qiáng)度以及加固系數(shù)等因素對(duì)隧道豎向與側(cè)向壓力的影響規(guī)律，并結(jié)合工程監(jiān)測(cè)實(shí)例驗(yàn)證了公式的合理性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種深埋非對(duì)稱小間距隧道圍巖壓力計(jì)算方法，屬于軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，以交通為主體的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，連接城市間的高速公路網(wǎng)和城市中心區(qū)的道路網(wǎng)正在形成，穿山越嶺的隧道工程和城市地下道路工程進(jìn)入了建設(shè)高潮。

小間距隧道憑借其結(jié)構(gòu)型式的靈活性和新穎性，已逐漸成為解決特殊地質(zhì)地形條件下公路線橋隧銜接、總體線型優(yōu)化以及土地資源合理利用等問題的有效型式。鑒于公路線位和地形條件的要求，在我國一些城市地下道路建設(shè)中出現(xiàn)了非對(duì)稱小間距隧道。作為一種新型的結(jié)構(gòu)型式，非對(duì)稱小間距隧道除具有結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜和施工工序繁多等一般小間距隧道的特點(diǎn)外，還具有幾何不對(duì)稱、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱和左右荷載不對(duì)稱等復(fù)雜的力學(xué)特性，而且開挖與支護(hù)交錯(cuò)進(jìn)行，使得圍巖應(yīng)力變化和支護(hù)荷載轉(zhuǎn)換變得更加復(fù)雜。因此，非對(duì)稱小間距隧道一出現(xiàn)邊引起了學(xué)術(shù)界較大的關(guān)注。陶振東依托西安地鐵二號(hào)線南尤區(qū)間隧道，采用雙線性遍布節(jié)理模型，對(duì)黃土地區(qū)淺埋非對(duì)稱小間距隧道進(jìn)行了動(dòng)態(tài)施工力學(xué)模擬研究。王云龍等依托青島膠州灣海底隧道團(tuán)島段的小間距隧道，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析了小間距非對(duì)稱淺埋隧道的圍巖壓力特征及支護(hù)受力。李永瓏采用有限元數(shù)值模擬的方法，以南京地鐵二號(hào)線非對(duì)稱小凈距隧道為背景，深入研究了施工全過程的力學(xué)行為及工序深化，總結(jié)了變形特性、力學(xué)響應(yīng)及塑性區(qū)分布規(guī)律。黃朱林依托廈門機(jī)場(chǎng)路一期工程萬石山小間距段隧道，通過調(diào)查研究和有限元數(shù)值模擬，討論了非對(duì)稱小間距隧道近接施工時(shí)的合理施工方法和施工工序，并且分析了近接施工對(duì)其圍巖穩(wěn)定性及力學(xué)行為的影響因素。然而這些研究主要集中在淺埋非對(duì)稱小間距隧道方面，而對(duì)深埋非對(duì)稱小間距隧道的研究相對(duì)較少。

圍巖壓力作用模式和計(jì)算方法直接關(guān)系到支護(hù)型式的選取和支護(hù)參數(shù)的確定，也一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)問題之一。劉繼國等對(duì)深埋小間距隧道圍巖壓力進(jìn)行了探討，并推導(dǎo)了計(jì)算公式。肖明清對(duì)小間距淺埋隧道的圍巖壓力進(jìn)行了探討；龔建伍等^[7]對(duì)淺埋小間距隧道圍巖壓力進(jìn)行了理論分析和探討，指出淺埋對(duì)稱小間距隧道圍巖壓力的偏壓特征等。張志強(qiáng)等利用數(shù)值模擬分析了隧道開挖順序?qū)χёo(hù)力學(xué)行為特性及圍巖穩(wěn)定性的影響。鄧超榮在新奧法思想的指導(dǎo)下，采用FLAC3D數(shù)值模擬建立三維數(shù)值計(jì)算模型，分析了小間距隧道施工過程中圍巖的穩(wěn)定性。舒志樂等對(duì)偏壓小凈距隧道圍巖壓力進(jìn)行了理論探討，得出了圍巖壓力的理論計(jì)算公式。鄭俊清通過對(duì)小凈距隧道施工過程進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，分析數(shù)據(jù)，并利用PLAXIS進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，分析了隧道初襯支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況，為支護(hù)體系的優(yōu)化提供了依據(jù)。凌昌榮等通過有限元數(shù)值模擬，并將數(shù)值模擬結(jié)果與采用的楔體結(jié)構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)偏壓小間距隧道荷載結(jié)構(gòu)的計(jì)算進(jìn)行了研究。呂小龍通過有限差分軟件FLAC3D進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)小凈距隧道圍巖壓力的分布特點(diǎn)進(jìn)行了探討研究。許書生等通過對(duì)小凈距隧道不同開挖方法的有限元數(shù)值模擬，分析了小凈距隧道不同施工方法對(duì)洞周圍巖穩(wěn)定性的影響。趙孝輝等采用二維彈塑性數(shù)值方法，利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)不同凈距條件下的小凈距隧道的中夾巖柱的受力、變形特點(diǎn)進(jìn)行了分析。綜上所述，小間距隧道圍巖壓力計(jì)算方法文獻(xiàn)相對(duì)較少，且主要集中在常規(guī)對(duì)稱隧道，關(guān)于非對(duì)稱小間距隧道圍巖壓力的理論計(jì)算方法鮮有研究。

發(fā)明內(nèi)容

本方法考慮了小間距隧道左右兩側(cè)洞的幾何與結(jié)構(gòu)非對(duì)稱條件，以及兩洞的開挖順序，基于普氏平衡拱理論，提出了深埋非對(duì)稱小間距隧道土壓力荷載的計(jì)算方法，以期為此類工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。