[发明专利]一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法及装置

权利要求书

1.一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述方法包括：

确定隧道工程的基本参数；

根据所述基本参数，确定隧道开挖所需要的作业工序以及每一作业工序对应的时间；

根据每一作业工序及对应的时间，确定围岩压力与时间的对应关系；

对围岩压力按锚杆-围岩承载拱与喷层的刚度进行分配，计算每一施工循环时间内喷层分担的围岩压力；

根据现场测试喷射混凝土弹性模量、混凝土强度随龄期的增长曲线，计算每一开挖工序的喷层参数，其中，所述喷层参数至少包括：喷层强度、弹性模量与刚度；

根据所述喷层分担的围岩压力、所述喷层参数以及与时间的对应关系，计算每一施工循环时间内喷层结构的变形量，并将累计后所得总变形即为结构的允许变形值，绘制隧道变形计算值与时间的曲线；

获取隧道施工现场实测位移值，绘制隧道变形实测值与时间的曲线；

基于隧道变形计算值与时间的曲线和隧道变形实测值与时间的曲线，确定施工调整措施。

2.根据权利要求1所述的全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述基于隧道变形计算值与时间的曲线和隧道变形实测值与时间的曲线，确定施工调整措施的步骤，包括：

当实测值大于允许变形值、且变形能够收敛时，说明支护结构的安全系数大于1.0，措施如下：加大开挖循环长度，以增加支护前的应力释放率；材料强度增长速度过慢，提高喷射混凝土材料的早期强度；计算参数取值大于实际值，且偏差较大，根据内力监测值进行分析调整，调整确定计算参数，重新计算分析；

当实测值大于允许变形值，且出现结构开裂时，加强支护；

当实测值小于计算允许变形值时，包括：弱化支护参数；计算参数取值小于实际值，且偏差较大，结合内力监测值进行分析调整，调整确定计算参数和重新计算分析。

3.根据权利要求1所述的全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述根据所述喷层分担的围岩压力、所述喷层参数以及与时间的对应关系，计算每一施工循环时间内喷层结构的变形量，并将累计后所得总变形即为结构的允许变形值，绘制隧道变形计算值与时间的曲线包括：

根据所述喷层分担的围岩压力、所述喷层参数以及与时间的对应关系，采用有限元分析计算每一施工循环时间内喷层结构的变形量；

将每一开挖循环所对应的变形量进行累加，获得结构的允许变形值；

并将累计后所得总变形确定为结构的允许变形值；

并根据每一时间点所对应的变形值绘制隧道变形计算值与时间的曲线。

4.根据权利要求3所述的全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述根据每一作业工序及对应的时间，确定围岩压力与时间的对应关系的步骤，包括：

根据每一作业工序及对应的时间，确定支护稳定时的围岩压力以及与硬化速率有关的常数；

根据支护稳定时的围岩压力和所述与硬化速率有关的常数，确定围岩压力与时间的对应关系；

其中，所述对应关系所对应的具体表达式为：

P_i＝P₀·e^-b/t

其中，P_i为任意时刻i所对应的围岩压力；P₀为支护稳定时的围岩压力；b为与硬化速率有关的常数；t为时间。

5.根据权利要求4所述的全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述与硬化速率有关的常数的具体表达为：

其中，D为所述基本参数中监测断面与掌子面的距离，S为所述基本参数中开挖进尺，η为在隧道变形速率小于0.2mm/d时当前时刻围岩压力与围岩变形稳定时的围岩压力之比，△t为隧道每一施工循环时间。

6.根据权利要求1-5任一项所述的全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，其特征在于，所述根据现场测试喷射混凝土弹性模量、混凝土强度随龄期的增长曲线，计算每一开挖工序的喷层参数的步骤，包括：

根据现场测试喷射混凝土弹性模量、混凝土强度随龄期的增长曲线及其与开挖工序的对应关系，计算每一开挖工序的喷层参数。