[发明专利]深埋隧道围岩形变荷载计算方法

说明书

本发明提供了一种深埋隧道围岩形变荷载计算方法，属于隧道领域。该深埋隧道围岩形变荷载计算方法通过采用围岩荷载现场监测数据，考虑围岩级别、隧道埋深、隧道跨度因素，通过数理统计方法，推导建立一种基于围岩变形条件下的围岩形变荷载计算方法。研究成果可为未来隧道及地下工程支护设计提供参考，同时可有效的减小工程造价。

技术领域

本发明涉及隧道领域，具体而言，涉及一种深埋隧道围岩形变荷载计算方法。

背景技术

围岩荷载是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。它包括由地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。围岩荷载按作用力的发生形态，一般可分为松动荷载和形变荷载。影响围岩荷载的因素很多，一般可分为两大类：一类是地质因素，它包括初始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等；另一类是工程因素，它包括施工工法、支护设置时间、支护刚度、坑道形状等。

我国目前铁路隧道支护设计主要采用的是《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)中围岩荷载计算方法，该方法综合了全土柱理论、谢家焦公式和基于样本统计及围岩分级经验公式的优点，物理概念明确，便于工程技术人员应用。然而该经验公式存在计算围岩荷载随埋深变化不连续的情况，并且该经验公式是基于塌方统计资料条件下建立的。

由于近年来我国长大隧道数量日渐增多，塌方事故却逐渐减少，这与我国隧道施工水平的提高有极大的关系。且我国目前较多的隧道已从人工小机械时代逐渐过渡到标准机械化施工时代，施工水平得到极大大提高。同时隧道修建不但采用了超前支护措施，极大的提升了围岩自承能力，而且初期支护封闭及时、质量可靠，拱脚落底快，能很好的抑制围岩变形。因此，采用《铁路隧道设计规范》中塌方荷载计算方法进行隧道修建会造成安全储备较大，资源浪费，故需提出一种基于围岩变形条件下的形变荷载计算方法来指导工程实践。

发明内容

本发明实施例提供了一种深埋隧道围岩形变荷载计算方法，旨在提供一种形变荷载计算方法来指导工程实践，以减少资源浪费。

第一方面，本发明实施例提供一种深埋隧道围岩形变荷载计算方法，包括如下步骤：

收集深埋隧道围岩形变荷载监测断面样本数据；

根据围岩级别、隧道跨度以及施工方法分别将所述样本数据进行分类，并分别按照不同围岩级别、不同隧道跨度区间以及不同施工方法统计样本占比；

根据所述样本数据分析IV、V级围岩形变荷载分布；

根据面积等效原则将所述样本中的围岩形变载荷数据分解成竖向、水平均布荷载进行计算并按照均布等效荷载模式进行分布，

其中，竖向形变荷载为：

式1中：

水平向形变荷载为：

式中：

β₃＝σ₁+σ₅ 式7

侧压力系数为

λ＝e/q 式8

以上各式中，σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅为实测径向围岩荷载值，θ为径向荷载方向与竖向的夹角，h为隧道高度，B为隧道跨度，λ为侧压力系数；