[發(fā)明專(zhuān)利]一種膨脹性圍巖隧道底板的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710943036.7
• 申請(qǐng)日: 2017-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107503762B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任松;趙云峰;吳建勛;姜德義;陳釩;陳結(jié);馬龍浩;歐陽(yáng)汛;王樂(lè)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E21D9/14
• 分類(lèi)號(hào): E21D9/14;E21D11/00;E21D20/00
• 代理公司: 重慶信航知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

本發(fā)明公開(kāi)了一種膨脹性圍巖隧道底板的設(shè)計(jì)方法，包括步驟：1)獲取在無(wú)錨桿加固作用下的圍巖總變形；2)選擇膨脹性圍巖隧道底板采用錨桿支護(hù)；3)當(dāng)錨桿支護(hù)不能接受時(shí)，選擇開(kāi)放式底板支護(hù)；4)當(dāng)開(kāi)放式底板支護(hù)不能接受時(shí)，選擇柔性復(fù)合式底板支護(hù)；5)當(dāng)柔性復(fù)合式底板支護(hù)不能接受時(shí)，選擇剛性仰拱支護(hù)。本發(fā)明通過(guò)獲取在無(wú)錨桿加固作用下的圍巖變形、有錨桿加固作用下的圍巖變形、以及在膨脹作用下的圍巖變形，進(jìn)而獲得了底板荷載，通過(guò)對(duì)比底板荷載和底板失穩(wěn)臨界荷載，來(lái)確定底板支護(hù)的形式和參數(shù)，使得底板支護(hù)的設(shè)計(jì)參數(shù)更可靠、更合理，能提高隧道底板質(zhì)量，節(jié)約底板支護(hù)建造費(fèi)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道仰拱支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種膨脹性圍巖隧道仰拱支護(hù)的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

膨脹性巖石屬于易風(fēng)化和軟化的軟弱巖石，其膨脹特性表現(xiàn)為吸水后易與水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致巖石體積增大。膨脹性圍巖隧道開(kāi)挖后，圍巖受到擾動(dòng)，膨脹巖的性狀發(fā)生巨大變化，產(chǎn)生體積膨脹，導(dǎo)致圍巖向洞內(nèi)塑性擠出或底板隆起，同時(shí)對(duì)隧道構(gòu)筑物產(chǎn)生膨脹壓力，進(jìn)而導(dǎo)致隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞失效。現(xiàn)行隧道規(guī)范規(guī)定：膨脹性圍巖隧道必須設(shè)置仰拱。

目前膨脹性圍巖隧道仰拱支護(hù)設(shè)計(jì)主要采用經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法，給出的設(shè)計(jì)參數(shù)不夠可靠、合理，缺乏一種系統(tǒng)的、科學(xué)的、能夠準(zhǔn)確定量的膨脹性圍巖隧道的底板設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種膨脹性圍巖隧道底板的設(shè)計(jì)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中膨脹性圍巖隧道的底板支護(hù)設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法，設(shè)計(jì)參數(shù)不夠可靠、不夠合理的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明膨脹性圍巖隧道底板的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)獲取在無(wú)錨桿加固作用下的膨脹性圍巖的總變形

1.1)根據(jù)膨脹性圍巖變形情況，將膨脹性圍巖劃分為塑性區(qū)和彈-膨脹區(qū)，由圓形軸對(duì)稱(chēng)隧道彈-塑性解得到塑性圈的半徑R_P的大小如下：

式中：P₀為原巖地應(yīng)力，φ為內(nèi)摩擦角，c為內(nèi)聚力，R₀為隧道開(kāi)挖半徑，P_s為支護(hù)力；圍巖塑性區(qū)和彈-膨脹區(qū)的交界處在彈塑性作用下的徑向位移為：

式中G為剪切模量；則此時(shí)，隧道臨空面的徑向位移U^ep為：

式中R₀為隧道開(kāi)挖半徑；

1.2)獲取在膨脹作用下的圍巖變形

由基于圓形軸對(duì)稱(chēng)隧道彈-膨脹圍巖解析解，得到圍巖塑性區(qū)和彈-膨脹區(qū)的交界處在膨脹作用下的徑向位移：

式中：α為線膨脹系數(shù)；E_s為膨脹模量，E_e為彈性模量，W為地下水分布函數(shù)；r為圍巖的半徑，υ為泊松比；

1.3)當(dāng)隧道無(wú)錨桿加固時(shí)，隧道圍巖在膨脹作用下的總變形U_tot為：

2)選擇錨桿作為膨脹性圍巖隧道底部的支護(hù)

2.1)獲取在錨桿加固下隧道的仰拱荷載與仰拱臨界失穩(wěn)荷載

在隧道圓周方向均勻設(shè)置錨桿，將錨桿對(duì)圍巖的作用簡(jiǎn)化為一個(gè)均勻的支護(hù)應(yīng)力σ_A；