[發明專利]一種考慮時間效應的TBM隧道初期支護受力計算方法

有效

• 申請號: 202210808289.4
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN115168952B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 吳圣智;趙洪海;王晨光;王浩爽;劉秀芝;李曉靜;謝宏強;劉越
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學;中鐵十四局集團有限公司;山東建筑大學工程鑒定加固研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種考慮時間效應的TBM隧道初期支護受力計算方法；TBM施工過程中，受圍巖釋放和支護材料性能變化影響，其各個時間階段的受力狀態是不同的，TBM施工過程受力分析應探明各個時間階段初期支護受到的圍巖壓力和初期支護材料性能。首先，提出考慮時間效應的圍巖壓力修正系數，根據圍巖壓力釋放規律建立圍巖壓力修正系數計算方法，形成考慮時間效應的圍巖壓力計算法方法。隨后考慮初期支護噴射混凝土力學性能隨時間的變化規律，建立初期支護抗彎剛度計算方法。最后綜合圍巖荷載計算方法和初期支護剛度計算方法建立荷載結構計算模型，分析初期支護各時間段受力狀態。

技術領域

本發明屬于TBM隧道初期支護領域，具體涉及一種考慮時間效應的TBM隧道初期支護受力計算方法。

背景技術

TBM施工過程中，需對隧道復合式襯砌中的初期支護進行安全性能評價，然而目前初期支護安全性評價均依據隧道建成后的最終受力狀態，缺乏施工過程中的動態評估。TBM施工過程中，受圍巖釋放和支護材料性能變化影響，其各個時間階段的受力狀態是不同的，采用最終受力狀態評價初期支護安全存在片面性，這就造成TBM隧道施工過程中出現大變形等風險逐步增加，嚴重制約了TBM推廣。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種慮時間效應的TBM隧道初期支護受力計算方法，該方法能夠反映整個施工過程的TBM受力特征，為初期支護安全性評價提供支撐，從而促進TBM等高端設備在隧道工程中的應用。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明的實施例提供了一種考慮時間效應的TBM隧道初期支護受力計算方法，包括以下步驟：

(1)收集隧道設計參數及地質參數；

(2)確定需要計算初期支護的時間節點t；

(3)根據隧道縱向變形曲線確定圍巖壓力修正系數k，以此時間節點t下計算圍巖壓力q(t)、e(t)；

(4)根據試驗或規范確定時間節點t下噴射混凝土的彈性模量E_c(t)，并確定考慮噴射混凝土時效特性的初期支護截面抗彎剛度E(t)I；

(5)建立荷載-結構數值模型，輸入時間節點t下圍巖壓力和初期支護截面抗彎剛度；

(6)計算得出初期支護彎矩、軸力。

上述本發明的實施例的有益效果如下：

TBM施工過程中，受圍巖釋放和支護材料性能變化影響，其各個時間階段的受力狀態是不同的。為了計算任一時刻初期支護受力特征，本發明依據圍巖壓力釋放規律建立圍巖壓力修正系數計算方法，可計算施工過程中任意時刻圍巖壓力，同時，本發明還考慮初期支護噴射混凝土力學性能隨時間的變化規律，建立任一時刻的初期支護抗彎剛度計算方法。根據圍巖壓力修正系數計算方法和任一時刻的初期支護抗彎剛度計算方法，本發明可計算任一時刻初期支護受力特征，能夠展現初期支護在整個施工階段的受力狀態，為精準評估初期支護安全性能的安全性能奠定基礎，進而保障初期支護使用過程中的安全、可靠，降低風險發生概率，有利的促進TBM在各類地層的應用。

附圖說明

構成本發明的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。

圖1是本發明提出的計算方法所基于的計算模型；

圖2是本發明提出的計算方法流程圖；

圖3噴射混凝土彈性模量隨時間變化曲線；

圖4荷載-結構數值模型；

圖5彎矩計算結果(N·m)；

圖6軸力計算結果(N)；