[发明专利]一种隧道台阶法的判别方法

说明书

本发明涉及隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种隧道台阶法的判别方法，该方法包括如下步骤：(1)确定隧道的整体开挖高度；(2)计算隧道一次性开挖高度的最大值；(3)依据隧道整体开挖高度与最大一次性开挖高度两者间关系，确定隧道开挖是否采用台阶法，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明根据隧道施工中常见的塌方类型，给了三种隧道围岩塌方失稳模式和塌方失稳的理论判别公式，在此基础上，构建了隧道台阶法施工时台阶各尺寸与围岩稳定的关系，获取了台阶法上台阶一次开挖高度，为台阶法施工的工法设计提供了理论基础。

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程技术领域，具体涉及一种隧道台阶法的判别方法。

背景技术

隧道及地下工程施工时，具有多种施工方式，当工程建设条件较差或工程开挖高度过高时，采用一次性全断面开挖容易造成工程失稳，因此，在这种情况下常采用台阶法施工，以此确保工程施工安全，但现有技术中缺乏较准确的台阶法施工的判断方法，以确定台阶法施工的适用情况。

在台阶法施工中其核心内容就是明确各台阶科学合理的开挖高度，尤其是上台阶的开挖高度，上台阶开挖高度决定隧道是否存在坍塌危险，因此，需要找出台阶法施工中一次性开挖高度的临界值，一次性开挖高度在临界值范围内，可最大限度的保证隧道开挖的安全，目前，在实际工程中台阶法各高度的确定多采用工程类比法或技术人员的工程经验，缺乏系统地理论计算依据，无法较为准确的得出隧道一次性开挖高度。

因此，开发一种新隧道台阶法的判别方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。

发明内容

为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种隧道台阶法的判别方法，以解决现有隧道施工中台阶法施工缺乏系统地理论计算依据的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道台阶法的判别方法，该方法包括如下步骤：

(1)确定隧道的整体开挖高度；

(2)计算隧道一次性开挖高度的最大值；

(3)依据隧道整体开挖高度与最大一次性开挖高度两者间关系，确定隧道开挖是否采用台阶法。

在本发明中，作为一种改进，所述步骤(2)中隧道一次性开挖高度最大值的计算包括如下步骤：

1)以隧道的不同塌落类型建立不同的失稳模式；

2)以围岩稳定为控制条件建立失稳判别公式；

3)依据隧道开挖轮廓的几何特征，建立隧道开挖跨度、开挖高度及塌落高度间的关系；

4)利用隧道开挖跨度、开挖高度、塌落高度三者间的关系及失稳判别公式，计算得出失稳临界状态对应的隧道一次性开挖高度最大值。

在本发明中，作为一种改进，所述步骤(1)中塌落类型包括以下三种：

1)隧道拱顶围岩塌落失稳，表现为围岩受拉破坏，将其表述为失稳模式1；

2)隧道拱肩部位滑塌，表现为围岩在拱肩部位发生剪切破坏，将其表述为失稳模式2；

3)隧道边墙部位滑塌，表现为围岩边墙部位发生剪切滑移破坏，将其表述为失稳模式3。

在本发明中，作为一种改进，所述失稳模式1中隧道拱顶松散塌落，假定隧道顶部松散塌落范围为一简支梁，以隧道围岩梁弯拉为控制条件计算临界公式，梁内的最大弯矩发生在梁的中部，最大弯矩为：