[发明专利]一种超大跨洞室二衬支护结构的计算方法

说明书

本发明公开一种超大跨洞室二衬支护结构的计算方法，包括以下步骤：a.通过将监控量测数据进行拟合分析，得出洞室变形量的上限值；b.计算得出洞室的剩余变形量；c.计算得出洞室上方不稳定块体的下滑力和抗滑力；d.计算得出不稳定块体作用在二衬支护结构上的压力；e.将剩余变形和不稳定块体的作用压力作为输入条件，同时作用于二衬支护结构上，通过计算软件得出二衬支护结构的受力状态。本发明将剩余变形和不稳定块体的作用压力作为输入条件进行二衬支护结构的计算，符合超大跨洞室的变形特性和稳定机理；本发明得出的二衬支护结构厚度合理，避免了因超大跨洞室衬砌厚度偏大引起的造价增加、浇筑困难、工期延长等问题。

技术领域

本发明属于隧道与地下工程设计与施工技术领域，特别涉及一种超大跨洞室二衬支护结构的计算方法。

背景技术

二衬支护结构作为洞室的最后一道支护体系，对其长期稳定具有重要意义。目前二衬支护结构的计算主要以荷载为输入条件，荷载主要依据规范和经验公式取定，但现阶段规范和经验公式没有针对跨度大于30m洞室的荷载取值规定。

若采用常规的荷载取值方法进行类比计算，则得出的荷载值较大，进而导致二衬设计厚度偏大，造成浇筑困难、成本增加、操作不便等问题，因此类比计算的方法是不合理的。对于跨度大于30m地下洞室二衬支护结构的计算，目前尚没有一套合理且适用的计算方法。

发明内容

本发明针对跨度大于30m的超大跨洞室二衬支护结构计算理论空缺的现状，提供一种合理的超大跨洞室二衬支护结构的计算方法。超大跨洞室由于跨度大，地质条件复杂，洞室上方岩体被裂隙、断层等结构面切割易形成不稳定块体，因此超大跨度洞室的稳定主要取决于洞室整体稳定和块体稳定。二衬结构作为支护体系的安全储备，其作用是承担洞室的剩余变形和不稳定块体掉落风险，因此本发明将剩余变形和不稳定块体的作用压力作为输入条件来进行二衬支护结构计算。

本发明采用的技术方案是：一种超大跨洞室二衬支护结构的计算方法，包括以下步骤：

a.通过将监控量测数据进行拟合分析，得出洞室变形量的上限值D₁，单位为m；

b.计算得出洞室的剩余变形量D＝D₁-D₂；式中D₂为洞室当前变形量，单位为m；

c.计算得出洞室上方不稳定块体的下滑力F₁和抗滑力F₂，单位为N；

d.计算得出不稳定块体作用在二衬支护结构上的压力q＝(F₁-F₂)/S，单位N/m²，式中S为不稳定块体和二衬支护结构接触面的面积，单位为m²；

e.将剩余变形D和不稳定块体的作用压力q作为输入条件，同时作用于二衬支护结构上，通过计算软件得出二衬支护结构的受力状态。

优选的，步骤a中的D₁是通过拟合公式求解出的极限值，要求拟合公式的拟合优度≥0.96。

优选的，为便于方案实施，步骤a中的D₁，可只考虑洞室典型部位如拱顶、拱肩、拱腰等的变形上限值，其余部位的变形上限值通过内插法取值。

优选的，步骤c中，不稳定块体及其形态通过受力分析和地质勘察资料判定获得，可以是一个或多个；计算得出不稳定块体的下滑力F₁＝r·V及抗滑力F₂＝∑S_i·c·sinθ，抗滑力只考虑结构面的粘聚力；

式中：r为不稳定块体的重度，单位N/m³，可通过地勘数据获得；

S_i为不稳定块体与周边岩体接触面的面积，单位为m²；