[发明专利]一种确定竖井衬砌安全性与优化的计算方法

说明书

本发明公开了一种确定竖井衬砌安全性与优化的计算方法。本发明的技术要点是：(1)将竖井分成若干个分段；(2)计算每分段竖井最下端处的围岩竖向应力；(3)计算每分段竖井最下端处竖井衬砌所受的围岩水平压力；(4)计算每分段竖井衬砌所提供的最大支护力；(5)计算每分段竖井衬砌的安全系数；(6)调整优化每段竖井衬砌参数。本发明提出的竖井衬砌的安全性与优化计算方法，改变了竖井衬砌设计依赖规范或经验的现状，且根据竖井深度进行分段判断与优化，实现了不同深度处竖井采取不同的优化衬砌参数，有利于节约成本，降低工程造价。本发明的方法，亦可以应用于斜井衬砌安全性与优化中。

技术领域

本发明涉及竖井支护结构领域，具体涉及一种确定竖井衬砌安全性与优化的计算方法。

背景技术

在长大隧道施工中，为了加快施工进度，通常采用辅助通道，如横洞、竖井、斜井、平行导坑等，即“长隧短打”。如武广客运专线浏阳河隧道全长10115m，起始里程为DIIK1560+785～DIIK1570+900，设置了3座竖井+1座斜井，其中2#竖井的中心里程为DIIK1564+820，平面形状是矩形，净空尺寸16.8m×8m，深度长大53.85m，是3座竖井中最深的，且直接位于隧道中线上。兰新线乌鞘岭隧道也设置了1座竖井。对于长大竖井，竖井顶部和底部采用一种衬砌支护参数，显然是偏保守，浪费材料。对于竖井衬砌参数的设计，目前基本上是凭借经验与规范，衬砌设计的合理与否，是否安全经济，并未过多考虑。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种确定竖井衬砌安全性与优化的计算方法。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：

该确定竖井衬砌安全性与优化的计算方法，包括如下步骤：

(1)将竖井分成若干个分段；

(2)计算每分段竖井最下端处的围岩竖向应力；

(3)计算每分段竖井最下端处竖井衬砌所受的围岩水平压力；

(4)计算每分段竖井衬砌所提供的最大支护力；

(5)计算每分段竖井衬砌的安全系数；

(6)调整优化每段竖井衬砌参数。

具体的，所述竖井分段按5m高度或者不同的地层厚度进行分段。

具体的，所述每分段竖井最下端处的围岩竖向应力按照式(1)计算：

式(1)中：σ_z为每分段竖井最下端处的围岩竖向应力，q为地表超载，i为每分段底部以上第i层围岩，m为每分段底部以上分层围岩的个数，γ_i为每分段底部以上第i层围岩的重度，h_i为每分段底部以上第i层围岩的厚度。

具体的，所述每分段竖井最下端处竖井衬砌所受的围岩水平压力按照式(2)计算：

式(2)中：e_z为每分段竖井最下端处竖井衬砌所受的围岩水平压力，σ_z为每分段竖井最下端处的围岩竖向应力，为围岩的计算内摩擦角。

具体的，所述每分段竖井衬砌所提供的最大支护力的计算方法如下：

(1)对于圆形竖井，每分段竖井衬砌所提供的最大支护力为：

式(3)中：p_max为每分段圆形竖井衬砌所提供的最大支护力，t为圆形竖井衬砌的厚度，r₀为圆形竖井的内半径，σ_c为竖井衬砌的抗压强度；