隧道分步施工判断方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道分步施工判断方法，属于隧道施工方法技术领域，为解决现有的隧道分步施工决策缺乏有效、严谨的理论依据从而导致隧道施工安全系数低或施工效率低等问题而设计。本发明专利技术提供的隧道分步施工判断方法通过隧道围岩稳定性的影响因素构建隧道分析样本数据库进而获取隧道围岩稳定性量化函数，根据隧道围岩稳定性量化函数获得隧道单次最大开挖跨度的计算公式，并由此确定隧道施工中分步施工导坑数目。本发明专利技术的隧道分步施工判断方法能够为隧道分步施工决策提供有效、严谨的理论依据，隧道施工更加安全，施工效率更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道施工方法
，具体涉及一种隧道分步施工判断方法。
技术介绍
目前，大断面隧道施工工法种类多、工艺复杂，常见工法类型有中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD)、双侧壁导坑法、台阶法以及在上述基本工法类型的基础上衍生出的形式各异的工法。各种工法均以分步施工为特征，但对大断面隧道分步施工适用条件的认识还仅仅停留在定性层面上，因而，现阶段对大断面隧道分步施工决策多依赖于主管技术人员工程经验和隧道开挖后对围岩条件的认知，对工法的选用缺乏有效、严谨的理论依据和相关指标标准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种能够提高隧道施工安全系数、提高施工效率的隧道分步施工判断方法。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种隧道分步施工判断方法，通过隧道围岩稳定性的影响因素构建隧道分析样本数据库进而获取隧道围岩稳定性量化函数，根据所述隧道围岩稳定性量化函数获得隧道单次最大开挖跨度的计算公式，并由此确定隧道施工中分步施工导坑数目。进一步的，所述隧道分步施工判断方法具体包括下述步骤：步骤S1、通过隧道围岩稳定性的关键影响因素构建隧道分析样本数据库；步骤S2、根据隧道围岩稳定性判据对样本数据库进行稳定性判断和量化标
识；步骤S3、演化隧道围岩稳定性与单一影响因素间可量化的函数关系，构建影响因素的隧道围岩稳定性量化函数；步骤S4、由所述步骤S3中获得的量化函数建立隧道单次最大开挖跨度的计算公式；步骤S5、确定隧道施工中分步施工导坑数目。作为本专利技术的一个优选方案，所述隧道围岩稳定性的关键影响因素为：A：隧道跨度、B：围岩强度、C：围岩完整性。作为本专利技术的一个优选方案，所述隧道分析样本数据库按照正交试验方法进行设计。作为本专利技术的一个优选方案，所述隧道围岩稳定性判据为：当围岩塑性区互不连通时，隧道的全断面开挖是稳定的；当围岩塑性区连通时，隧道的全断面开挖是不稳定的。作为本专利技术的一个优选方案，正交试验中，所述隧道跨度A选取的5种水平分别为：6m、9m、12m、15m、18m；所述围岩强度B选取的5种水平分别为：2MPa、10MPa、20MPa、40MPa、65MPa；所述围岩完整性C选取的5种水平分别为：0.1、0.2、0.4、0.6、0.75。作为本专利技术的一个优选方案，隧道围岩稳定性与三个影响因素A、B、C的整体关系表述为：隧道围岩稳定性＝kf(A)f(B)f(C)，其中，k为常数项。作为本专利技术的一个优选方案，隧道单次最大开挖跨度A的计算公式为：式中，B为围岩强度值；C为围岩完整性系数；F为隧道围岩稳定性值。作为本专利技术的一个优选方案，隧道施工中分步施工导坑数目n为：式中，A为隧道施工开挖最大跨度值；B为围岩强度值；C为围岩完整性系数；F为隧道围岩稳定性值；k1、k2、k3、k4均为常数项。本专利技术的有益效果为：本专利技术的隧道分步施工判断方法通过隧道围岩稳定性的影响因素构建隧道分析样本数据库进而获取了隧道围岩稳定性量化函数，从而使得在隧道施工过程中隧道围岩稳定性与影响因素间得以量化表述；根据隧道围岩稳定性量化函数获得了隧道单次最大开挖跨度的计算公式，并确定了隧道施工中分步施工导坑数目，保障了隧道施工安全、提高了施工效率，此外，该方法能够为隧道分步施工决策提供有效、严谨的理论依据。附图说明图1是本专利技术优选实施例一提供的隧道分步施工判断方法的流程图；图2是本专利技术优选实施例一提供的隧道跨度与围岩稳定性的拟合曲线图；图3是本专利技术优选实施例一提供的隧道强度与围岩稳定性的拟合曲线图；图4是本专利技术优选实施例一提供的围岩完整性与围岩稳定性的拟合曲线图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。优选实施例一：本优选实施例提供一种隧道分步施工判断方法。该隧道分步施工判断方法具体包括下述步骤，如图1所示：步骤S1、通过隧道围岩稳定性的关键影响因素构建隧道分析样本数据库，其中，隧道围岩稳定性的关键影响因素为：A：隧道跨度、B：围岩强度、C：围岩完整性；隧道分析样本数据库按照正交试验方法进行设计，具体如下：步骤S11、设置三种因素5种水平，三种因素5种水平值如下：(1)、因素A：根据公路隧道中常见的隧道跨度、大断面隧道跨度以及依托工程隧道断面跨度，因素A的5种水平分别为：6m、9m、12m、15m、18m；(2)、因素B：围岩强度因素B选取岩石试块强度指标，5种水平取值分别为：2MPa、10MPa、20MPa、40MPa、65MPa。为数值试验计算方便，根据莫尔-库伦准则将因素B的5种水平转换为对应的内摩擦角φ和凝聚力C，如表1所列：表1数值模拟材料参数取值注：试验研究中不考虑重度、弹模和泊松比的影响。(3)、因素C：围岩完整性系数的5种水平取值分别为：0.1、0.2、0.4、0.6、0.75。同样，为数值试验计算方便，将围岩完整性系数通过结构面发育程度(节理组数、节理间距)来表述；同时为简化计算，节理组数仅考虑水平和竖直方向两组。试验中因素C的5种表述如表2：表2因素C五种水平的取值水平节理组数节理间距(m)节理倾角(°)完整性系数140.20/90/45/1350.1230.30/90/450.2320.40/900.4420.80/900.6521.50/900.75节理面的试验参数根据《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)中有关岩体结构面抗剪断峰值强度的内容取值如下表3：表3节理参数取值步骤S12、根据正交试验设计方法，隧道分析样本数据库以25组样本为例进行说明，如表4所列：表4正交试验分析表步骤S13、计算模型(1)、隧道断面形式根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-20004)设计和隧道工程建设经验，在跨度较小时隧道断面一般采用直墙加半圆拱形式；跨度稍大时隧道断面采用单心圆形式；跨度再大时隧道断面采用三心圆形式；大断面隧道、特大断面隧道则采用五心圆形式。(2)、模型尺寸埋深：为了建立统一的计算分析条件、避免隧道深浅埋的影响，隧道埋深按最大跨度水平选取，地表至拱底的间距统一取为50m。模型边长：计算模型边界到隧道壁的距离不小于取3倍的跨度，模型按最大跨度18m选取，计算模型长度拟取200m；隧道底部到模型下边界取为50m。施工模拟与释放率：试验计算是采用一次性开挖方式，隧道围岩应力释放率根据《公路隧道设计细则》(JTGT D70-2010)中有关合荷载释放系数建议值的规定，隧道初期支护前的荷载释放率定为30％。步骤S2、根据隧道围岩稳定性判据对样本数据库进行稳定性判断和量化标识；试验计算模型采用理想弹塑性材料，采用Mohr-Coulomb本构模型非线性计算。根据《公路隧道设计细则》(JTG/T D70—2010)中隧道稳定性判别的相关规定，将围岩失稳判据定为：当围岩塑性区互不连通时，隧道的全断面开挖是稳定的；当围岩塑性区连通时，隧道的全断面开挖是不稳定的。步骤S21、25组隧道分析样本试验计算结果如表5所列：表5试验计算结果步骤S22、对试验计算结果根据塑性区性质做如下量化规定：(1)、节理面和岩石块体均出现塑性区并且塑性区均连通，得分为1；(2)、节理面和岩石块体均出现塑性区但仅节理部分塑性区连通，得分为2；(3)、仅节理面出现塑性区并且连通，得分为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，通过隧道围岩稳定性的影响因素构建隧道分析样本数据库进而获取隧道围岩稳定性量化函数，根据所述隧道围岩稳定性量化函数获得隧道单次最大开挖跨度的计算公式，并由此确定隧道施工中分步施工导坑数目。

【技术特征摘要】
1.一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，通过隧道围岩稳定性的影响因素构建隧道分析样本数据库进而获取隧道围岩稳定性量化函数，根据所述隧道围岩稳定性量化函数获得隧道单次最大开挖跨度的计算公式，并由此确定隧道施工中分步施工导坑数目。2.根据权利要求1所述的一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，具体包括下述步骤：步骤S1、通过隧道围岩稳定性的关键影响因素构建隧道分析样本数据库；步骤S2、根据隧道围岩稳定性判据对样本数据库进行稳定性判断和量化标识；步骤S3、演化隧道围岩稳定性与单一影响因素间可量化的函数关系，构建影响因素的隧道围岩稳定性量化函数；步骤S4、由所述步骤S3中获得的量化函数建立隧道单次最大开挖跨度的计算公式；步骤S5、确定隧道施工中分步施工导坑数目。3.根据权利要求2所述的一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，所述隧道围岩稳定性的关键影响因素为：A：隧道跨度、B：围岩强度、C：围岩完整性。4.根据权利要求3所述的一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，所述隧道分析样本数据库按照正交试验方法进行设计。5.根据权利要求4所述的一种隧道分步施工判断方法，其特征在于，所述隧道围岩稳定性判据为：当围岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：许崇帮，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11