[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

说明书

本发明提供了一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法及装置，应用于隧道施工技术领域，所述方法包括：确定基本参数和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；确定围岩压力与时间的对应关系；计算每一施工循环时间内喷层分担的围岩压力；现场测试得到喷射混凝土强度与龄期的增长曲线，计算每一开挖工序对应的喷层参数；计算每一施工循环时间内喷层结构的变形量，累加得到结构的允许变形值和并获取位移随时间的增长曲线；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；比较所获得的两条曲线，确定施工调整措施。应用本发明实施例，实现全断面法开挖隧道过程中变形量预测，并有效提高监控量测对施工的指导作用。

技术领域

本发明涉及全断面法开挖隧道支护结构变形预测技术领域，尤其涉及一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法及装置。

背景技术

隧道是修建在地下或水下或者在山体中，铺设铁路或修筑公路供机动车辆通行的建筑物。隧道变形监控量测是判断施工和支护安全性的重要手段，因而允许变形值的取值是隧道设计和施工中的一个关键技术参数。

现有技术中，铁路隧道设计规范对预留变形量的要求是：复合式衬砌各级围岩隧道预留变形量值可根据围岩级别、开挖跨度、埋置深度、施工方法和支护条件，采用工程类比法确定。当无类比资料时，大跨隧道(12～14m跨度)的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩的预留变形量分别为30～50mm、50～80mm、80～120mm、120～170mm。且实际应用中，由于地质条件、开挖方法、支护时机、支护强度、支护刚度及支护质量水平等均对支护结构变形值有影响，实际设计中难以给定一个具体的监测控制值，只能通过现场量测数据反馈分析进行调整。

因此，现有的隧道开挖支护过程中，缺少有效的变形监控和处理方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法及装置，旨在通过全断面法进行隧道开挖过程中变形量计算和基于变形量进行现场监控。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种全断面法开挖隧道支护结构变形预测方法，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。

一种实现方式中，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：

当实测值大于计算允许变形值、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；