一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法技术

本发明专利技术公开一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法


[0001]本专利技术涉及隧道工程
，尤其涉及一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法
。

技术介绍

[0002]软弱破碎围岩大断面隧道存在自稳性差，开挖时支护措施不当极易形成冒顶
、
塌落等现象，造成严重的经济及生命财产损失
。
针对软弱围岩大跨度隧道等复杂隧道工程主要采用管棚
、
注浆小导管
、
超前锚杆等超前支护来提高围岩的自稳承载能力，为隧道开挖创造有利条件
。
如何从众多超前支护方式中选择最适合于工程实际的某种或多种超前支护组合方式，以充分发挥支护刚度的匹配性及围岩分布的协调性，以提高隧道稳定性及施工安全，是当前亟待解决的问题
。
[0003]针对该现状，本专利技术提出一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，可充分了解不同支护组合作用下隧道围岩变形及力学特性，可用于分析围岩压力及支护承载特性，评价隧道围岩稳定性
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法
。
[0005]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]本专利技术提供了一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，包括：
[0007]1)
获取施工场地的施工信息与地质信息；
[0008]2)
将不同的支护结构形式进行力学等效；
[0009]3)
结合加固方式进行有限元模型的建立，并生成隧道静力分析的有限元模型；
[0010]4)
建立不同支护结构形式下的数值模拟工况，不同支护结构形式采用步骤
2)
方式进行力学等效设置；
[0011]5)
运行模型并提取结果，用于分析围岩压力及支护承载特性，评价隧道围岩稳定性
。
[0012]进一步的，步骤
1)
中所述施工信息与地质信息包括施工场地的地形地质条件
、
土层物理力学性质
、
隧道结构几何特性
、
支护结构形式及隧道开挖方法
。
[0013]进一步的，所述隧道开挖方法包括台阶法
、
中隔墙法
、
交叉中隔墙法
、
双侧壁导坑法
。
[0014]进一步的，所述施工信息与地质信息具体包括隧道的深浅埋情况
、
地形偏压情况
、
岩性及完整性
、
多个隧道的间距及位置关系
、
隧道断面积大小
。
[0015]进一步的，步骤
2)
具体为：等效计算管棚
、
小导管
、
注浆加固区
、
初期支护
、
二次衬砌的计算参数；其中，等效方式具体如下：
[0016]超前支护注浆加固按照等效加固的原则折算进入相应范围的土层，加固圈厚度为
D
及加固区弹性模量
E
m
，如下式所示：
[0017][0018][0019]式中：
R
为浆液扩散半径，
S
为相邻两注浆孔间距，
E
m
为等效后地层弹性模量，
E0为原地层弹性模量，
S
g
为管棚支护等效界面，
E
g
为管棚弹性模量，
S0为支护断面截面积；
[0020]管棚弹性模量
E
g
，如下式所示：
[0021]E
g
＝
(E1I1+E2I2)/(I1+I2)(3)
[0022]式中：
E
g
为注浆长管棚等效模量；
E1为钢管弹性模量；
E2为管内充填砂浆弹性模量；
I1为钢管的惯性矩；
I2为充填砂浆断面的惯性矩；
[0023]等效重度
γ
，如下式所示：
[0024]γ
＝
(A1γ1+A2γ2)/(A1+A2)(4)
[0025]式中：
γ1为钢管重度；
γ2为管内充填砂浆的重度，；
A1为钢管断面面积；
A2为充填砂浆断面面积
。
[0026]初期支护计算参数，具体如下：
[0027]初期支护中的钢拱架
、
钢格栅按等效法考虑，根据抗压刚度相等原则将钢架的弹性模量折算予喷射混凝土，计算公式按下式：
[0028][0029]式中：
E
n
为折算后的混凝土弹性模量，
E
c
为喷射混凝土弹性模量，
S
r
为工字钢截面积，
E
r
为钢拱架或钢格栅弹性模量，
S
c
为喷射混凝土截面积
。
[0030]优选的，步骤
3)
中使用
MAIDAS
‑
GTS
进行有限元模型的建立
。
[0031]进一步的，步骤
3)
中模型的建立方法包括：
①
直接生成有限元模型；
②
先实体建模，然后生成有限元模型；
③
结合工程结构实际特性在
CAD
系统中初步建立几何模型并划分网格，之后导入模拟软件平台进行调整，生成有限元模型
。
[0032]进一步的，步骤
4)
具体为：根据实际开挖段的支护情况建立相应的数值模拟工况，模拟的支护工况包含超前小导管
、
超前管棚
、
超前锚杆
、
喷射混凝土初支或其组合形式，不同支护结构形式采用步骤
2)
方式进行力学等效设置
。
[0033]采用上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，其具有的有益效果为：
[0034]本专利技术提供的揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，可充分了解不同支护组合作用下隧道围岩变形及力学特性，可用于分析围岩压力及支护承载特性，评价隧道围岩稳定性
。
该方法可高度还原现场实际施工环节，掌握重要节点隧道安全性，对复杂隧道工程施工安全
、
支护形式的合理选择等具有重要的指导意义
。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，其特征在于，包括：
1)
获取施工场地的施工信息与地质信息；
2)
将不同的支护结构形式进行力学等效；
3)
结合加固方式进行有限元模型的建立，并生成隧道静力分析的有限元模型；
4)
建立不同支护结构形式下的数值模拟工况，不同支护结构形式采用步骤
2)
方式进行力学等效设置；
5)
运行模型并提取结果，用于分析围岩压力及支护承载特性，评价隧道围岩稳定性
。2.
如权利要求1所述的一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，其特征在于，步骤
1)
中所述施工信息与地质信息包括施工场地的地形地质条件
、
土层物理力学性质
、
隧道结构几何特性
、
支护结构形式及隧道开挖方法
。3.
如权利要求1所述的一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，其特征在于，所述隧道开挖方法包括台阶法
、
中隔墙法
、
交叉中隔墙法
、
双侧壁导坑法
。4.
如权利要求2所述的一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，其特征在于，所述施工信息与地质信息具体包括隧道的深浅埋情况
、
地形偏压情况
、
岩性及完整性
、
多个隧道的间距及位置关系
、
隧道断面积大小
。5.
如权利要求1所述的一种揭示多种支护形式作用特性的数值分析方法，其特征在于，步骤
2)
具体为：等效计算管棚
、
小导管
、
注浆加固区
、
初期支护
、
二次衬砌的计算参数；其中，等效方式具体如下：超前支护注浆加固按照等效加固的原则折算进入相应范围的土层，加固圈厚度为
D
及加固区弹性模量
E
m
，如下式所示：，如下式所示：式中：
R
为浆液扩散半径，
S
为相邻两注浆孔间距，
E
m
为等效后地层弹性模量，
E0为原地层弹性模量，
S
g
为管棚支护等效界面，
E
g
为管棚弹性模量，
S0为支护断面截面积；管棚弹性模量...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志雄，何嘉玮，吴琛，王刚，陈军浩，周岐窗，詹金武，徐云山，江松，周宇，王恒，范兰欣，秦浩渝，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：