[发明专利]隧道掌子面预支护与预加固的等效参数确定方法

说明书

本发明公开了一种隧道掌子面预支护与预加固的等效参数确定方法。本发明主要是，根据隧道掌子面超前预支护与预加固的实际情况，结合围岩条件，分为三种情况，其一、只预支护的情况及其等效参数确定；其二、只预加固的情况及其等效参数确定；其三、同时预支护与预加固的情况及其等效参数确定。本发明为隧道掌子面预支护与预加固的等效参数，提供了一种计算方法，解决了以往确定其等效参数的人为随意性问题。还可进一步判断所设计施工的预支护与预加固参数是否合适，并为优化设计施工提供参考。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及隧道掌子面预支护与预加固的等效参数确定方法。

背景技术

隧道工程施工时会遇到许多不良地质条件。在砂土质地层、强流变性地层、强膨胀性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带和浅埋有显著偏压等情况时，常常会使得掌子面及其周围围岩的稳定性降低，从而导致隧道塌方、突水(泥、石)和冒顶等现象。这些现象不仅仅增加施工难度，而且还会影响工程质量、延误工期、经济损失，甚至有可能造成人员伤亡。为了增强掌子面及其周围围岩的稳定性，减少上述现象发生的几率，我们需要采用辅助施工方法，预支护与预加固，如管棚超前支护前方围岩、注浆加固围岩和堵水等。在施工过程中,方法的选用应视围岩地质条件、地下水情况等而定。

目前在对预支护与预加固进行等效模拟分析时，其等效参数如何确定，常带有人为主观性，而参数的大小将直接影响数值分析的结果，并影响预支护与预加固的参数设计。如何合理设计预支护与加固参数，从而达到安全经济的效果，是目前设计单位以及施工单位所关注的，也是建设单位关心的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种隧道掌子面预支护与预加固的等效参数确定方法。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：

该隧道掌子面预支护与预加固的等效参数确定方法，是根据隧道掌子面超前预支护与预加固的实际情况，结合围岩条件，分为三种情况，其一、只预支护的情况及其等效参数确定；其二、只预加固的情况及其等效参数确定；其三、同时预支护与预加固的情况及其等效参数确定；

其一、只预支护的情况下，预支护等效参数的确定方法如下：

(1)确立如下公式：

式中，为掌子面围岩的内摩擦角；为预支护后的等效内摩擦角；c为掌子面围岩的黏聚力；A_b为预支护的单个横截面积；S_x为预支护的环向间距；h₁为预支护的厚度；τ_b为预支护的抗剪强度；c'为围岩预支护后的等效黏聚力；E为掌子面围岩的变形模量；E'为预支护后的等效变形模量；Eb为预支护的变形模量。

(2)各参数的计算方法如下：

掌子面预支护的厚度h₁由下式计算：

h₁＝l·sina；

式中，l为预支护的长度；a为预支护的外插角；

预支护的抗剪强度τ_b由下式计算：

τ_b＝(0.5～0.6)f_y；

式中，f_y为预支护的抗压强度；

预支护的单个横截面积A_b由下式计算：

(a)对于预支护为超前锚杆的，

式中，d为超前锚杆直径；