[發明專利]一種隧道極限位移的確定方法

有效

• 申請號: 201910259749.0
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109948294B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 高嶺;曹正波;張舉智;李煒;馮明月;史彥照;馬壯;李建朋;張紅強;母煥勝;劉磊;梁敬軒;趙娜;李智慧;廖志紅;王玨;霍君英;曹書芹
• 申請（專利權）人: 河北省交通規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 石家莊海天知識產權代理有限公司 13101
• 代理人: 孟樹勛

1.一種隧道極限位移的確定方法，其特征在于它包括如下工藝步驟：

①根據隧址區工程地質情況和隧道支護情況，建立有限元數值計算模型；

②根據隧道圍巖變形已測得的數據，反分析求得圍巖力學參數；

③隧址區地應力采用自重地應力場，若隧道埋深較大，應根據地應力實測數據，進行隧址區地應力反演，所述地應力反演方法，以實際測點的實測地應力值為基本依據，采用多元回歸與逐步回歸相結合的方法，對隧址區進行三維地應力反演，具體的反演過程如下：(I)按自重、水平剪切力、x軸方向作用于模型邊界上的構造力與y軸方向作用于模型邊界上的構造力四種荷載因素考慮，通過對各荷載模式進行三維數值計算，獲得用于回歸分析的計算應力數據，即數值試驗觀測值；(II)以下式：作為各應力分量回歸方程，其中，下標w、x、y、τ分別代表上述四種荷載因素，e代表誤差，a、b、c、d為待回歸系數，(III)依據實測點的地應力，通過逐步回歸計算剔除對反演結果影響不顯著的荷載模式，并得出回歸系數值及復相關系數，復相關系數應≥0.9；

④確定隧道位移監測關鍵點：中小跨徑隧道選拱頂沉降關鍵點與邊墻收斂關鍵點，大跨徑隧道或復雜地質條件隧道選拱頂沉降關鍵點與邊墻收斂關鍵點；

⑤采用有限元計算軟件，模擬隧道開挖與支護全過程；

⑥校核所建立的數值模型的準確性，具體方法為：若步驟⑤計算能夠收斂，且典型斷面的位移等值線云圖連續無間斷跳躍點，且應力等值線云圖均勻無應力集中點，則應判定步驟①所建立的數值模型具有準確性，否則應該重新回到步驟①調整模型尺寸、單元大小與類型，并重復步驟⑤；

⑦將圍巖的強度參數即粘聚力c和內摩擦角φ除以大于1的折減系數η，重新進行模擬隧道開挖與支護施工過程的有限元計算；

⑧若計算達到停止條件，則停止計算，否則回到上一步，并更新折減系數η，計算停止條件是指計算不收斂或關鍵點位移與折減系數相關關系曲線出現拐點，此時對應的折減系數為臨界折減系數，采用“二分法”計算臨界折減系數的具體步驟如下：(I)根據實際計算結果設定一個較小初始折減系數η₁和一個較大的折減系數η₂，在折減系數η₁下計算是收斂的，在折減系數η₂下計算是不收斂的；(II)計算η取η₃＝(η₁+η₂)/2工況下是否已收斂；(III)若η取η₃時計算收斂，則令η₁＝η₃；否則令η₂＝η₃；(IV)當η₁-η₂≤0.05時，停止計算，并取此時的η₁作為臨界折減系數，否則回到“二分法”中的第(II)步繼續計算；

⑨若圍巖強度參數經N次折減，折減系數達到臨界折減系數，則第N-1次折減時的計算結果為隧道圍巖穩定的極限狀態，即隧道圍巖變形的極限狀態；

⑩隧道極限位移應為計算所得隧道極限狀態的各關鍵點位移與可量測系數的乘積，即提取各關鍵點位移并乘以可量測系數作為極限位移，供監測量測預警使用，可量測系數ε的計算方法為：ε＝(S_a-S₀)/S_a，其中S₀是指隧道開挖后至隧道初期支護完成期間監控量測無法測得的隧道的變形，S_a為隧道總變形。

2.根據權利要求1所述的隧道極限位移的確定方法，其特征在于上述步驟②中反分析求得圍巖力學參數的具體步驟如下：(I)基于正交試驗法，設定參數樣本組；(II)并對每組樣本進行數值計算，進而形成學習樣本供BP神經網絡學習訓練，從而建立能夠預測不同參數下隧道圍巖位移的BP神經網絡；(III)以預測值與實測值的之差的平方和為目標函數，采用遺傳算法，對待反演參數在其搜索空間內進行全局尋優，從而得到與實測隧道圍巖位移最吻合的圍巖力學參數。

3.根據權利要求1所述的隧道極限位移的確定方法，其特征在于上述步驟④在確定隧道位移監測關鍵點時，對于大跨徑隧道或復雜地質條件隧道還應再增加關鍵點。