[發明專利]一種隧道快速施工的緩沖層設計方法

有效

• 申請號: 202110397753.0
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113338994B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 許崇幫;李磊
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/05;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 山東濟南齊魯科技專利事務所有限公司 37108
• 代理人: 張娟

1.一種隧道快速施工的緩沖層設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)確立隧道快速施工的控制目標；

(2)根據控制目標確定所需的計算參數；

(3)選擇隧道緩沖層壓縮與荷載傳遞模式；

(4)根據隧道緩沖層壓縮與荷載傳遞模式計算并確定緩沖層性能指標與設計參數，其中，性能指標為彈性模量，設計參數為厚度和最大壓縮變形量；

所述隧道快速施工的控制目標包括：

(1)隧道初期支護在隧道二次襯砌施作后至隧道二次襯砌結構承載性能達到設計值前的變形量不大于隧道緩沖層壓縮最大變形量HD_max；

(2)隧道二次襯砌結構承載性能達到設計值前，二次襯砌承擔的荷載不得大于承載函數值。

2.根據權利要求1所述的一種隧道快速施工的緩沖層設計方法，其特征在于：所述步驟(2)中的計算參數包括：

(1)確定隧道初期支護圍巖變形時程曲線函數，其中，隧道圍巖變形時程函數為S D(t)，圍巖變形最大值為SD_max，圍巖變形達到最大值時的時長為T₁；

(2)確定隧道二次襯砌結構承載性能時程曲線函數，其中，隧道二次襯砌結構承載性能時程函數為CS(t)，設計值為CS_max，達到設計值時時長為T₂；

(3)確定隧道快速施工周期設計，以隧道初期支護施作完成為時間起點t₀，隧道二次襯砌施作時間為t₁，隧道二次襯砌結構承載性能達到設計值的時間為t₂；

(4)確定隧道二次襯砌荷載時程曲線函數，二次襯砌荷載時程曲線函數為L(t)。

3.根據權利要求2所述的一種隧道快速施工的緩沖層設計方法，其特征在于：隧道快速施工周期設計時，應滿足：

t₁-t₀＜T₁；

t₂-t₁≥T₂；

以滿足隧道快速施工的控制目標為前提，則相關參數需滿足如下條件：

當t₁≤t≤t₂時，

SD(t)-SD(t₁)≤HD_max。

4.根據權利要求1所述的一種隧道快速施工的緩沖層設計方法，其特征在于：所述步驟(3)中隧道緩沖層壓縮與荷載傳遞模式包括如下兩種：

(1)理想彈性應力應變模式；

(2)非線性應力應變模式。

5.根據權利要求4所述的一種隧道快速施工的緩沖層設計方法，其特征在于：(1)所述理想彈性應力應變模式表述為：

HD＝Hε；

L＝Eε；

其中，HD為緩沖層變形量；E為緩沖層彈性模量；H為緩沖層厚度；ε為緩沖層應變量；L為緩沖層單位面積壓縮荷載；

(2)所述非線性應力應變模式采用分段函數表述：

1)第一階段，ε≤ε_h1時：

HD＝Hε；

L＝E₁ε；

2)第二階段，ε_h1≤ε≤ε_h2時：

ε＝ε_h1+Δε；

HD＝Hε；

L＝E₁ε_h1+E₂Δε；

3)第三階段，ε≥ε_h2時：

ε＝ε_h2+Δε；

HD＝Hε；

L＝E₁ε_h1+E₂(ε_h2-ε_h1)+E₃Δε；

其中，Δε為各階段的應變增量；E₁、E₂、E₃分別為第1、2、3階段的彈性模量，其中E₂＜E₁＜E₃；ε_h1、ε_h2分別第1階段和第2階段、第2階段和第3階段交接處應變量。