[发明专利]一种隧道快速施工的缓冲层设计方法

权利要求书

1.一种隧道快速施工的缓冲层设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确立隧道快速施工的控制目标；

(2)根据控制目标确定所需的计算参数；

(3)选择隧道缓冲层压缩与荷载传递模式；

(4)根据隧道缓冲层压缩与荷载传递模式计算并确定缓冲层性能指标与设计参数，其中，性能指标为弹性模量，设计参数为厚度和最大压缩变形量；

所述隧道快速施工的控制目标包括：

(1)隧道初期支护在隧道二次衬砌施作后至隧道二次衬砌结构承载性能达到设计值前的变形量不大于隧道缓冲层压缩最大变形量HD_max；

(2)隧道二次衬砌结构承载性能达到设计值前，二次衬砌承担的荷载不得大于承载函数值。

2.根据权利要求1所述的一种隧道快速施工的缓冲层设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中的计算参数包括：

(1)确定隧道初期支护围岩变形时程曲线函数，其中，隧道围岩变形时程函数为S D(t)，围岩变形最大值为SD_max，围岩变形达到最大值时的时长为T₁；

(2)确定隧道二次衬砌结构承载性能时程曲线函数，其中，隧道二次衬砌结构承载性能时程函数为CS(t)，设计值为CS_max，达到设计值时时长为T₂；

(3)确定隧道快速施工周期设计，以隧道初期支护施作完成为时间起点t₀，隧道二次衬砌施作时间为t₁，隧道二次衬砌结构承载性能达到设计值的时间为t₂；

(4)确定隧道二次衬砌荷载时程曲线函数，二次衬砌荷载时程曲线函数为L(t)。

3.根据权利要求2所述的一种隧道快速施工的缓冲层设计方法，其特征在于：隧道快速施工周期设计时，应满足：

t₁-t₀＜T₁；

t₂-t₁≥T₂；

以满足隧道快速施工的控制目标为前提，则相关参数需满足如下条件：

当t₁≤t≤t₂时，

SD(t)-SD(t₁)≤HD_max。

4.根据权利要求1所述的一种隧道快速施工的缓冲层设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中隧道缓冲层压缩与荷载传递模式包括如下两种：

(1)理想弹性应力应变模式；

(2)非线性应力应变模式。

5.根据权利要求4所述的一种隧道快速施工的缓冲层设计方法，其特征在于：(1)所述理想弹性应力应变模式表述为：

HD＝Hε；

L＝Eε；

其中，HD为缓冲层变形量；E为缓冲层弹性模量；H为缓冲层厚度；ε为缓冲层应变量；L为缓冲层单位面积压缩荷载；

(2)所述非线性应力应变模式采用分段函数表述：

1)第一阶段，ε≤ε_h1时：

HD＝Hε；

L＝E₁ε；

2)第二阶段，ε_h1≤ε≤ε_h2时：

ε＝ε_h1+Δε；

HD＝Hε；

L＝E₁ε_h1+E₂Δε；

3)第三阶段，ε≥ε_h2时：

ε＝ε_h2+Δε；

HD＝Hε；

L＝E₁ε_h1+E₂(ε_h2-ε_h1)+E₃Δε；

其中，Δε为各阶段的应变增量；E₁、E₂、E₃分别为第1、2、3阶段的弹性模量，其中E₂＜E₁＜E₃；ε_h1、ε_h2分别第1阶段和第2阶段、第2阶段和第3阶段交接处应变量。