[發明專利]一種計算矩形隧道掘進機局部開倉工作面殘余支護壓力的方法

在審

• 申請號: 202210114764.8
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114417479A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 劉維;俞淼;史培新;唐強;賈鵬蛟
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種計算矩形隧道掘進機局部開倉工作面殘余支護壓力的方法。依據局部開倉條件下掘進面部分土體失去支護力作用的情況，建立上、下部的六塊體結構模型，其下部對應為隧道工作面前方土體區域，上部對應為該區域的上覆土體；模型的下部為楔形三塊體結構，其中一塊為滑動塊體，位于工作面的中部，對應為局部開倉失去支護力的區域，另兩塊受力塊體對稱位于滑動塊體的兩側，對應為承受掘進機殘余支護應力的區域；依據施工信息或現場實際測量獲取隧道的工作面相關數據和地勘資料獲取土體相關參數，經計算得到更準確的殘余支護壓力，為提高實際工程安全性和規避風險提供更可靠的理論支撐。

技術領域

本發明涉及一種矩形隧道掘進機工作面支護壓力的方法，尤其是涉及一種局部開倉清障條件下確定工作面殘余支護壓力的計算方法。

背景技術

矩形隧道掘進機因其斷面利用率高、施工擾動小等優點，被越來越多地應用于大斷面隧道工程中。掘進面穩定性是隧道工程施工中重點關注的問題，掘進面失穩會對地下工程及周邊環境帶來非常不利的影響。矩形斷面掘進機的刀盤布置通常為平行多軸小刀盤或偏心多軸大小組合刀盤，具有開口率較大的特點，因此中等體積拋石、圓礫石、鋼板和鋼管碎片容易通過輻條空隙進入土倉。而螺旋出土器的孔徑有限，容易造成出土不暢，導致支護壓力波動大，需要開倉清障才能繼續進行掘進。實際工程中部分設置了人倉的掘進機可以通過人工進倉來清除障礙，有極大的安全隱患；而對于未設置人倉的掘進機，則可以通過螺旋輸送機來進行清障，達到開倉效果。

支護壓力計算是隧道安全分析中的重要部分，現有的楔形體模型由下部的楔形體及其上部土柱組成，并未考慮到施工過程中可能出現的拆除螺旋出土器進行開倉清障這一行為，因此并未根據受力特點進行分塊分析，若繼續使用現有模型計算并評價開挖面穩定，會產生較大的誤差。因此需要研究一種計算矩形隧道掘進機工作面殘余支護壓力的方法，為開倉清障施工的安全性提供理論依據，使隧道施工安全更有保障。

發明內容

本發明針對上述現有技術存在的缺陷，提供一種計算矩形隧道掘進機工作面殘余支護壓力的方法。

實現本發明目的的技術方案是提供一種計算矩形隧道掘進機局部開倉工作面殘余支護壓力的方法，包括以下步驟：

一種計算矩形隧道掘進機局部開倉工作面殘余支護壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）建立矩形隧道掘進機局部開倉條件下的模型，所述模型為六塊體結構，包括下部模型和上部模型；下部模型對應為隧道工作面前方土體區域，上部模型對應為下部模型土體區域的上覆土體；

所述下部模型為楔形體的三塊體結構，其中，位于中間的一塊為滑動塊體，對應為工作面的中部局部開倉失去支護力的區域，另兩塊受力塊體對稱位于滑動塊體的兩側，對應為工作面中承受掘進機殘余支護應力的區域，下部模型楔形體的頂面呈等腰梯形狀，等腰梯形的下底對應為工作面的寬度L，上底對應為開倉失去支護力的區域的寬度B，楔形體的高度對應為工作面的高度D；

所述上部模型為棱柱體的三塊體結構，其中，位于中間的一塊四棱柱狀塊體疊加于下部模型的滑動塊體上，另兩塊三棱柱狀塊體分別疊加于下部模型的受力塊體上，上部模型棱柱體的高度對應為隧道埋深C；

（2）由施工信息或現場實際測量獲取如下數據：隧道的工作面高度D，工作面寬度L，隧道埋深C，開倉區域寬度B；由地勘資料獲取如下參數：土體重度，土體抗剪有效內摩擦角，土體有效粘聚力；

（3）按公式（1）計算得到殘余支護壓力s：

（1）

式（1）中，、分別按公式（2）和（3）計算得到：

（2）

（3）

式（2）和（3）中，

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