[发明专利]一种水下隧道暗挖施工注浆加固圈厚度的设计方法

权利要求书

1.一种水下隧道暗挖施工注浆加固圈厚度的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取一组加固圈厚度参数，计算不同加固圈厚度条件下隧道施工工作面的稳定系数；

步骤2：基于不同加固圈厚度以及对应的稳定系数，根据最小二乘法，获得加固圈厚度-稳定系数回归曲线；

步骤3：根据该加固圈厚度-稳定系数回归曲线，即可得到某一设计的稳定系数条件下隧道所需的加固圈厚度。

2.根据权利要求1所述的水下隧道暗挖施工注浆加固圈厚度的设计方法，其特征在于，在步骤1，某一加固圈厚度对应的稳定系数采用以下方法计算：

（1）计算围岩压力q；

①H≤等效荷载高度h_q时，

q=γ·H；

式中：γ为隧道上覆围岩重度；H为隧道埋深，指隧道拱顶至地面的距离；

②等效荷载高度h_q＜H＜深、浅埋隧道分界深度H_p时，

q=γH(1-H2Bλtgθ),]]>

λ=tgβ-tgφtgβ[1+tgβ(tgφ-tgθ)+tgφtgθ];]]>

式中：λ为侧压力系数；β为破裂面与水平面的夹角；φ为似摩擦角，θ为摩阻角。

③H)≥深、浅埋隧道分界深度H_p时，

q=γ·h_q；

（2）采用以下公式计算作用于注浆加固圈外的静水压力：

u=γwk0lnD/2+hD/2k0lnD/2+hD/2+k1lnD/2+HD/2+hh0;]]>

式中：u为注浆加固圈外表面上的静水压力；h₀为水的深度；k₀为周围岩土原有的渗透系数；k₁为注浆圈的渗透系数；H为隧道埋深；h为注浆加固圈厚度；D为隧道跨度；γ_w为水的容重。

（3）计算作用于注浆加固圈上的总荷载，总荷载q₀为围岩压力q与静水压力u之和；

（4）获得加固圈的挠度方程ω(x)；

将总荷载q₀代入并代入边界条件对上式求解，得到加固圈的挠度方程ω(x)；式中：G_p为地基剪切模量，k为基床系数，b^*为考虑双参数地基连续性有限宽度梁等效宽度，有E、I为注浆圈的弹性模量和惯性矩，其中b为梁的宽度，此处即为隧道的跨度；h为注浆加固圈的厚度。

（5）基于加固圈的挠度方程ω(x)，计算作用于楔形破裂体顶面的总作用力P；

P=σ·S，其中，σ为作用在楔块上部的平均应力，积分区间（0，Dcotα），L=Dcotα；S为楔形破裂体顶面面积；

（6）计算楔形破裂体内部形心处水平方向的水头值h(y)和竖直方向的水头值h(z)；

（7）作用于楔形体上渗透力的水平分量F_y，竖直分量F_z：

F_y=2γ_wD²h(y)；

F_z=2γ_wD²cosαh(z)；

其中，D为隧道跨度；α为楔形破裂体破裂面与水平面的夹角，h(y)为楔形体内部形心处沿水平方向的水头，h(z)为楔形体内部形心处沿竖直方向的水头；

（8）计算作用于楔形体上的抗滑力和下滑力；

抗滑力F_抗滑力=T_g+T，

下滑力F_下滑力=(P+G+F_z)sinα+F_ycosα；

式中：T_g为楔块两侧侧向摩阻力，

T为倾斜滑动面上的摩阻力，N为作用于破裂体的法向力，N=(P+G+F_z)cosα-F_ysinα；P为作用于楔形破裂体顶面的总作用力（具体计算由步骤（5）算得），G为楔块自重，

α为楔形破裂体的破裂角，即楔形破裂体破裂面与水平面的夹角，

为工作面围岩的内摩擦角；γ为围岩容重；c为围岩的粘聚力；

K₀为侧压力系数，μ为围岩的泊松比；

（9）计算得到隧道掌子面的稳定系数K：

3.根据权利要求1或2所述的水下隧道暗挖施工注浆加固圈厚度的设计方法，其特征在于，加固圈厚度参数为至少五个，从大到小或从小到大排列，相邻的加固圈厚度参数值的差值为1m。