[发明专利]一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算方法

说明书

本发明涉及一种隧道衬砌拆除的结构稳定性分析方法，具体涉及一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算方法，所述计算方法的实施步骤包括：(1)概化隧道衬砌局部拆除的弹性地基梁计算模型；(2)确定所述弹性地基梁计算模型控制方程的待定参数；(3)计算衬砌局部拆除导致的临近结构承受的附加荷载及范围，与现有技术相比，本发明的有益效果是：可计算隧道多层衬砌局部拆除导致的临近结构承受的附加荷载，确定这一不利荷载的影响范围，评价隧道衬砌局部拆除时的结构稳定状态，支撑合理预加固措施的选用，保证隧道衬砌拆除作业的施工安全和结构稳定。

技术领域

本发明涉及一种隧道衬砌拆除的结构稳定性分析方法，具体涉及一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算方法。

背景技术

随着隧道运营时间的持续增长，其使用条件和服役环境不断发生变化，大量在役隧道出现了不同类型、不同程度的病害，影响隧道的服役性能和运营安全。目前，针对隧道病害处治的方法有很多，可综合考虑安全性、经济性、时效性择优选用。但是，当隧道存在衬砌严重侵限、材料严重劣化、承载力严重不足等病害时，需要对原衬砌结构进行置换，以维护隧道工程的正常服役状态，然而，在隧道衬砌置换方案中，衬砌拆除环节的风险最高、难度最大。

隧道建成后，围岩和结构处于一个相对稳定的平衡状态，此时拆除局部衬砌，会对稳定的围岩产生卸载作用，导致地应力重新分布，引起局部荷载增加，甚至次生围岩与结构的损伤破坏，形成安全隐患，因此，需要确定这一不利荷载对既有结构的影响程度及范围，以便采取合理有效的防范措施，保障施工安全和结构稳定，常用的隧道围岩荷载确定方法有理论计算、经验类比、直接测量等，但这些方法主要应用于隧道建设期，无法确定隧道衬砌局部拆除后的临近既有结构承载状态，不能满足隧道病害处治工程的结构稳定性分析需求。

弹性地基梁是指以任意角度密贴于具有一定弹性性质地基上的超静定梁，可以根据温克尔假定将弹性地基模拟为刚性支座上的若干独立弹簧之后，通过专门的计算分析理论求解梁的受力变形，本发明基于弹性地基梁理论建立一种新的数学物理模型及计算分析方法，旨在实现隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算和结构稳定判断。

综上所述，开发一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算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基础和动力所在。

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：提供一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算方法，确定拆除局部衬砌的卸载影响程度和扰动范围，支撑隧道衬砌置换方案的合理预加固措施的选用，保证施工安全和结构稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隧道衬砌局部拆除的附加荷载计算方法，所述计算方法的实施步骤包括：

(1)概化隧道衬砌局部拆除的弹性地基梁计算模型；

(2)确定所述弹性地基梁计算模型控制方程的待定参数；

(3)计算衬砌局部拆除导致的临近结构承受的附加荷载及范围。

在本发明中，作为一种改进，所述隧道衬砌拆除的弹性地基梁计算模型的概化方法如下：

(1)将衬砌结构层、围岩承载层假定为同形心的无限长筒状结构，并沿形心划分为若干个扇形带状计算微元；

(2)将计算微元中的围岩承载层和衬砌结构非拆除层共同假定为弹性均质直梁；

(3)将衬砌结构拆除层假定为均质弹性地基，以地基弹簧代替，衬砌局部拆除相当于对应地基弹簧的移除。

在本发明中，作为一种改进，所述弹性地基梁计算模型控制方程为弹性地基梁控制方程，其表述如下：