[发明专利]获取明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载的方法

说明书

本发明涉及获取明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载的方法，首先测试隧道多个横断面混凝土应力以及钢筋应力，并依据测试数据计算绘制出测试内力包络图；然后以施工现场覆土高度h₀为基准动态整覆土高度h_i，计算并绘制相应的等效埋深的内力包络图，并与测试内力包络图进行比对，直至等效埋深内力包络图逼近测试内力包络图，最终选取内力包络线刚好包络逼近测试内力包络图的对应覆土高度h_i作为衬砌结构的等效回填高度，进而计算得出衬砌结构的作用荷载。本发明能够获得衬砌结构的等效回填高度和作用荷载，探明明洞“拱效应”的影响因素；建立回填土明洞衬砌结构作用荷载确定方法，为明洞回填荷载的确定和相关规范的修订提供强有力的技术支撑。

技术领域

本发明涉及工程计算技术领域，尤其涉及获取明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载的方法。

背景技术

近年来，随着高速铁路路网建设向山区发展，高标准铁路设计工作已经全面展开，由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高、列车时速提高等多种因素的制约，明洞跨度已从单跨双向两车道发展到双跨双向四车道，向着大跨，超大跨发展。国内在近十年里也很重视隧道明洞建设技术，但主要是凭经验性为主，目前无统一的勘察设计规范以致同类工程在设计和施工方面差别也比较大，并且规范中有些规定也不够明确。

问题尤为突出的是回填荷载的确定，特别是对于大跨度明洞衬砌结构进行超厚回填这种施工在国内很少见，对于回填土作用下，明洞荷载大小以及荷载与回填土厚度之间的关系没有相关的设计指导和经验，缺乏统一的设计依据，现有的铁路隧道设计规范(TB10003—2005)，对明洞拱圈回填土的垂直压力，主要采取全覆土重来计算回填土垂直作用荷载(C.0.1)。对于超厚回填土，则显得相对保守。这严重制约了大跨新型明洞结构的工程应用及发展。

发明内容

本发明旨在提供一种获取明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载的方法，基于隧道衬砌结构内力反分析，对明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载进行计算。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

获取明洞隧道衬砌结构等效回填高度及作用荷载的方法，首先进行隧道多横断面混凝土应力以及钢筋应力的测试工作，并依据测试数据计算绘制测试内力包络图；然后以施工现场覆土高度h₀为基准，按照铁路隧道设计规范(TB10003—2005)中明洞作用(荷载)计算方法进行计算并绘制相应等效埋深的内力包络图，并与现场测试得到的内力包络图进行比对，若试算的内力包络图结果偏大，则减小h₀，若试算的内力包络图结果偏小，则增大h₀，并对调整后的埋深h₁进行再计算，使内力包络线逐渐逼近现场测试内力包络图，本发明以施工现场覆土高度h₀为基准动态整覆土高度h_i，以此类推进行循环迭代，直至等效埋深内力包络图逼近现场测试内力包络图，最终选取内力包络线刚好包络逼近测试内力包络图的对应覆土高度h_i作为衬砌结构真实上覆回填荷载等效回填高度，进而计算得出衬砌结构的回填土压力分布。

具体包括以下步骤：

步骤1、测试隧道多个横断面的混凝土应力和钢筋应力；

步骤2、根据混凝土应力和钢筋应力，计算并绘制出平均内力包络图；

步骤3、根据覆土高度h_i，按照铁路隧道设计规范中明洞作用计算方法进行计算并绘制出试算的内力包络图B_i，并将内力包络图B_i与平均内力包络图进行比对；其中，i的初始值为0，h₀为施工现场覆土高度；