[發(fā)明專利]一種深埋圓形隧道預留變形緩沖層的荷載傳遞分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611166039.6
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106599481B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設計）人: 陳建勛;陳麗俊;劉欽;黃沛;羅彥斌
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 韓翎

本發(fā)明涉及隧道工程技術領域，具體涉及一種深埋圓形隧道預留變形緩沖層的荷載傳遞分析方法。由此得到預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況，為其設計和應用提供理論依據。其適用于深埋軟巖隧道設置預留變形緩沖層時二次襯砌受力大小的估算。本發(fā)明采用的技術方案包括以下步驟：步驟1）：建立由隧道初期支護?預留變形緩沖層?二次襯砌組成的多層圓筒模型；步驟2）：確定初期支護內表面處的徑向位移表達式；步驟3）：確定預留變形緩沖層的徑向壓縮量；步驟4）：確定二次襯砌外表面處的徑向位移表達式；步驟5）：利用幾何相容條件，確定預留變形緩沖層傳給二次襯砌的圍巖荷載比例即預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況。

一、技術領域：

本發(fā)明涉及隧道工程技術領域，具體涉及一種深埋圓形隧道預留變形緩沖層的荷載傳遞分析方法。

二、背景技術：

深埋軟巖隧道開挖后具有變形量大、變形速率快和持續(xù)時間長的特點，僅靠初期支護的強度和剛度往往難以使圍巖變形趨于穩(wěn)定，此時難免需要由二次襯砌來承受部分圍巖荷載，以共同抵抗隧道圍巖變形。那么，在隧道圍巖未穩(wěn)定的情況下，若提前施做二次襯砌，就必須采取一定的混凝土強度保障措施，例如推遲二次襯砌拆模時間、在二次襯砌背后設置預留變形緩沖層等，以確保二次襯砌在強度形成之前不會受力破壞。其中預留變形緩沖層若設計與選擇適當，可起到定量調節(jié)初期支護(或圍巖+初期支護)和二次襯砌的圍巖荷載分擔比例的作用，不僅能夠減小混凝土強度形成過程中的二次襯砌受力，而且能夠減小混凝土達到設計強度后的二次襯砌受力，從而有利于隧道的長期穩(wěn)定。但是，僅憑上述對預留變形緩沖層作用效果的定性認識，還無法確定合理的預留變形緩沖層厚度及相關材料力學參數。為確保預留變形緩沖層設置的合理性和有效性，須首先了解預留變形緩沖層傳給二次襯砌的圍巖荷載比例即預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況。遺憾的是，目前尚缺乏一種預留變形緩沖層荷載傳遞的具體分析方法，導致其應用存在一定的盲目性。

三、發(fā)明內容

本發(fā)明的提供一種深埋圓形隧道預留變形緩沖層的荷載傳遞分析方法，由此得到預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況，為其設計和應用提供理論依據。其適用于深埋軟巖隧道設置預留變形緩沖層時二次襯砌受力大小的估算。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種深埋圓形隧道預留變形緩沖層的荷載傳遞分析方法包括以下步驟：

步驟1)：建立由隧道初期支護-預留變形緩沖層-二次襯砌組成的多層圓筒模型；

步驟2)：確定初期支護內表面處的徑向位移表達式；

步驟3)：確定預留變形緩沖層的徑向壓縮量；

步驟4)：確定二次襯砌外表面處的徑向位移表達式；

步驟5)：利用幾何相容條件，確定預留變形緩沖層傳給二次襯砌的圍巖荷載比例即預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況。

所述的步驟1)中多層圓筒模型應滿足以下條件：

A：隧道斷面為圓形，且處于各向等壓的靜水壓力狀態(tài)，故屬于軸對稱、平面應變問題；

B：隧道初期支護、預留變形緩沖層和二次襯砌材料均不計自重，且均為滿足胡克定律的線彈性材料；

C：隧道初期支護視為均質材料，其彈性模量采用混合模量，即根據抗壓剛度等效的原則，將鋼架的彈性模型折算到噴射混凝土的彈性模型中。

所述步驟5)幾何相容條件為：在初期支護外部的圍巖壓力作用下，初期支護內表面與二次襯砌外表面的徑向位移之差等于預留變形緩沖層的彈性壓縮量。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果：利用本發(fā)明方法可得到預留變形緩沖層的具體荷載傳遞情況，即預留變形緩沖層傳給二次襯砌的圍巖荷載比例，進而可對預留變形緩沖層的作用效果做出定量評價，為預留變形緩沖層的厚度及相關材料力學參數選擇的合理性提供理論依據。

四、附圖說明：