[發(fā)明專利]一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110403059.5
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113111417B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李磊;雷可
• 申請（專利權(quán)）人: 交通運輸部公路科學(xué)研究所
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13
• 代理公司: 山東濟(jì)南齊魯科技專利事務(wù)所有限公司 37108
• 代理人: 張娟

本發(fā)明涉及一種隧道襯砌拆除的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方法，具體涉及一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法，所述計算方法的實施步驟包括：(1)概化隧道襯砌局部拆除的彈性地基梁計算模型；(2)確定所述彈性地基梁計算模型控制方程的待定參數(shù)；(3)計算襯砌局部拆除導(dǎo)致的臨近結(jié)構(gòu)承受的附加荷載及范圍，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：可計算隧道多層襯砌局部拆除導(dǎo)致的臨近結(jié)構(gòu)承受的附加荷載，確定這一不利荷載的影響范圍，評價隧道襯砌局部拆除時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，支撐合理預(yù)加固措施的選用，保證隧道襯砌拆除作業(yè)的施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種隧道襯砌拆除的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方法，具體涉及一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法。

背景技術(shù)

隨著隧道運營時間的持續(xù)增長，其使用條件和服役環(huán)境不斷發(fā)生變化，大量在役隧道出現(xiàn)了不同類型、不同程度的病害，影響隧道的服役性能和運營安全。目前，針對隧道病害處治的方法有很多，可綜合考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、時效性擇優(yōu)選用。但是，當(dāng)隧道存在襯砌嚴(yán)重侵限、材料嚴(yán)重劣化、承載力嚴(yán)重不足等病害時，需要對原襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行置換，以維護(hù)隧道工程的正常服役狀態(tài)，然而，在隧道襯砌置換方案中，襯砌拆除環(huán)節(jié)的風(fēng)險最高、難度最大。

隧道建成后，圍巖和結(jié)構(gòu)處于一個相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，此時拆除局部襯砌，會對穩(wěn)定的圍巖產(chǎn)生卸載作用，導(dǎo)致地應(yīng)力重新分布，引起局部荷載增加，甚至次生圍巖與結(jié)構(gòu)的損傷破壞，形成安全隱患，因此，需要確定這一不利荷載對既有結(jié)構(gòu)的影響程度及范圍，以便采取合理有效的防范措施，保障施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常用的隧道圍巖荷載確定方法有理論計算、經(jīng)驗類比、直接測量等，但這些方法主要應(yīng)用于隧道建設(shè)期，無法確定隧道襯砌局部拆除后的臨近既有結(jié)構(gòu)承載狀態(tài)，不能滿足隧道病害處治工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析需求。

彈性地基梁是指以任意角度密貼于具有一定彈性性質(zhì)地基上的超靜定梁，可以根據(jù)溫克爾假定將彈性地基模擬為剛性支座上的若干獨立彈簧之后，通過專門的計算分析理論求解梁的受力變形，本發(fā)明基于彈性地基梁理論建立一種新的數(shù)學(xué)物理模型及計算分析方法，旨在實現(xiàn)隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定判斷。

綜上所述，開發(fā)一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法不但具有迫切的研究價值，也具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和工業(yè)應(yīng)用潛力，這正是本發(fā)明得以完成的基礎(chǔ)和動力所在。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述所指出的現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明人對此進(jìn)行了深入研究，在付出了大量創(chuàng)造性勞動后，從而完成了本發(fā)明。

具體而言，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法，確定拆除局部襯砌的卸載影響程度和擾動范圍，支撐隧道襯砌置換方案的合理預(yù)加固措施的選用，保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種隧道襯砌局部拆除的附加荷載計算方法，所述計算方法的實施步驟包括：

(1)概化隧道襯砌局部拆除的彈性地基梁計算模型；

(2)確定所述彈性地基梁計算模型控制方程的待定參數(shù)；

(3)計算襯砌局部拆除導(dǎo)致的臨近結(jié)構(gòu)承受的附加荷載及范圍。

在本發(fā)明中，作為一種改進(jìn)，所述隧道襯砌拆除的彈性地基梁計算模型的概化方法如下：

(1)將襯砌結(jié)構(gòu)層、圍巖承載層假定為同形心的無限長筒狀結(jié)構(gòu)，并沿形心劃分為若干個扇形帶狀計算微元；

(2)將計算微元中的圍巖承載層和襯砌結(jié)構(gòu)非拆除層共同假定為彈性均質(zhì)直梁；

(3)將襯砌結(jié)構(gòu)拆除層假定為均質(zhì)彈性地基，以地基彈簧代替，襯砌局部拆除相當(dāng)于對應(yīng)地基彈簧的移除。

在本發(fā)明中，作為一種改進(jìn)，所述彈性地基梁計算模型控制方程為彈性地基梁控制方程，其表述如下：