[发明专利]隧道初期支护时机动态确定方法及系统

说明书

本发明提供了一种隧道初期支护时机动态确定方法，属于隧道工程技术领域，第一步：获取隧道信息，并构建待求解围岩‑支护结构变形方程；第二步：根据所述待求解围岩‑支护结构变形方程，基于实际隧道工程的变形控制基准、施工条件动态选取合适的隧道初期支护时机。本发明在收集隧道工程相关参数的基础上即可快速、大量地计算得出不同支护时机下围岩‑支护结构变形及支护结构受力情况；本发明通过及时调整现场不断变化的围岩参数、支护结构方案，建立不同的求解方程，因此，本发明适用于不同隧道或同一隧道不同段落，并可动态指导施工，且可依据现场变形控制基准、支护结构受力状态、施工条件等选取适宜的支护时机。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，尤其涉及一种隧道初期支护时机动态确定方法及系统。

背景技术

根据隧道力学理论，主动调整支护结构的支护时机可以优化围岩-支护结构承载状态，控制隧道变形在合理范围之内。对于高地应力环境下围岩条件较好的隧道工程，若支护时机过早，支护结构将承受围岩释放的较大压力，可通过适当延后支护时机以释放部分围岩压力，提高支护结构安全系数；而对于高地应力环境下围岩条件较差的隧道工程，若支护时机过晚，支护结构将无法控制围岩产生的较大变形，可通过提早支护，以及时控制围岩变形。因此，根据隧道工程所处的具体地质环境、工程对应的变形控制基准，动态确定初期支护的支护时机对指导现场施工具有十分重要的意义。同时，随着岩石(岩体)力学、隧道力学等理论的发展，可通过理论解析的方式求解隧道不同支护时机下围岩-支护结构协同演变过程。

目前，支护时机的确定方法主要通过数值模拟实现，包括二维数值计算和三维数值计算。其中，二维数值模拟将隧道纵向空间效应等效为虚拟支撑力或位移释放系数，三维数值模拟主要考虑与掌子面间距对应的位移完成程度。然而开展数值模拟所需的大量人力、时间成本与施工进度要求相冲突，因而具有一定的局限性。另一方面，现场试验也是确定合理支护时机的常用方法，但需设置专用的试验段且测试成本高昂，其仅适用于地质条件特别恶劣的地段，无法大规模应用。因此，现有支护时机确定方法存在的主要问题如下：(1)数值模拟计算成本与时间要求无法满足施工现场进度需求，故而，现场技术人员往往不考虑支护时机的变形主动控制方案，采用及时支护措施；(2)现场试验手段成本高昂，无法开展大规模应用；(3)未有高效、便利、动态、高普适性的支护时机选取方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种隧道初期支护时机动态确定方法及系统，解决了背景技术中现有支护时机确定方法不足的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种隧道初期支护时机动态确定方法，包括以下步骤：

S1、获取隧道信息，并构建待求解围岩-支护结构变形方程；

S2、根据所述待求解围岩-支护结构变形方程，基于实际隧道工程的变形控制基准、施工条件动态选取合适的隧道初期支护时机，完成隧道初期支护时机的动态确定。

本发明的有益效果是：本发明在收集隧道工程相关参数的基础上即可快速、大量地计算得出不同支护时机下围岩-支护结构变形及支护结构受力情况；本发明通过及时调整现场不断变化的围岩参数、支护结构方案，建立不同的求解方程，因此，本发明适用于不同隧道或同一隧道不同段落，并可动态指导施工，且可依据现场变形控制基准、支护结构受力状态、施工条件等选取适宜的支护时机，本发明方法高效、简便，可针对实际情况动态调整计算参数，得到与具体隧道工程相适应的支护时机。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、根据获取的隧道信息，将不同隧道断面形式等效为圆形断面隧道：

其中，R₀表示圆形断面隧道半径，h表示隧道原断面高度，B表示隧道原断面跨度之半；