[发明专利]一种基于安全系数法的隧道初期支护设计方法

说明书

本发明公开了一种基于安全系数法的隧道初期支护设计方法，属于隧道工程领域，通过计算喷锚支护的围岩压力，并结合喷锚支护结构的设计作用(即为承载主体还是临时支护)、隧道特点、施工质量、工程重要性等因素确定喷锚支护结构的总安全系数以及由喷层、锚杆和围岩构成的组合拱结构的安全系数，继而将喷锚支护结构的总安全系数分配给对应的喷层和锚杆，由此可计算喷层和锚杆的参数，完成隧道初期支护结构的参数设计。本发明的基于安全系数法的隧道初期支护设计方法，可以为隧道初期支护结构的构件选择与量化设计提供合理有效的方法，避免了传统设计方法的盲目性和随意性，步骤简便，实施便捷，具有广阔的推广前景。

技术领域

本发明属于隧道工程领域，具体涉及一种基于安全系数法的隧道初期支护设计方法。

背景技术

随着我国道路交通和轨道交通的不断发展，隧道工程技术也越来越成熟，各种不同类型隧道的应用也越来越多。根据隧道工程施工方式的不同，现有的隧道工程的施工方法通常有明挖法、盾构法、矿山法、沉管法等，其中，矿山法是一种较为传统也运用十分广泛的隧道工程施工方法。

对于矿山法修建的隧道工程，隧道初期支护是指隧道开挖后，用于控制围岩变形及防止坍塌所及时施做的支护，一般采用喷锚支护，主要支护构件有喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架等。初期支护是隧道结构的重要组成部分，是施工安全性、经济性的主要控制因素。

在现有技术中，对喷锚支护相关参数的设计或确定通常采用地层结构法、特征曲线法、工程类比法等。其中，地层结构法在理论上可以适用于各种隧道形状、各种地质条件下喷锚支护结构的分析，但其存在使用不太方便、地层计算参数和应力释放率选取困难、锚杆难以准确模拟等缺陷，应用受到较大的限制；特征曲线法也由于存在计算参数选取和支护施作时间的问题，在实际隧道工程中难以应用；工程类比法是现有隧道工程喷锚支护设计中常用的方法，其广泛应用于相关规范和通用图纸中，但其在隧道断面形状差异较大或跨度差异较大时，会使得设计的支护结构参数与真实状况相差较远，得到的结构参数可靠性较低，无法充分满足隧道工程的应用，影响隧道工程的安全性和稳定性。虽然在一些隧道工程相关的现有规范(如《TB10108-2002铁路隧道喷锚构筑法技术规范》、《GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范》、《JTG/D70-2010公路隧道设计细则》)和手册(如《铁路工程隧道设计技术手册》)中提出了一些喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架的设置规定和构造要求，但却没有提出各参数的具体确定方法，往往只是给出一个较大的选取范围，由于初期支护缺少定量计算方法和明确的安全系数概念，使得支护结构参数在确定时主观性增大，无法充分保证相关参数的准确性，使隧道工程的安全性和稳定性受到较大的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于安全系数法的隧道初期支护设计方法，其中通过计算喷锚支护的围岩压力，并结合喷锚支护结构支护的设计作用(承载主体还是临时支护结构)、隧道工程的特点、施工质量、工程的重要性等因素综合确定喷锚支护结构的总安全系数以及由喷层、锚杆和围岩构成的组合拱结构的安全系数，继而将喷锚支护结构的总安全系数分配给对应的喷层和锚杆，由此计算喷层和锚杆的参数，完成隧道初期支护结构的参数设计完成喷锚支护的量化设计。

为实现上述目的，本发明提供一种基于安全系数法的隧道初期支护设计方法，用于隧道工程中喷锚支护结构的参数设计，其步骤如下：

S1：确定所述喷锚支护结构所承担的围岩压力；

S2：根据所述喷锚支护结构的承载设计类型确定所述喷锚支护结构的总安全系数以及由喷层、锚杆和围岩构成的组合拱结构的安全系数；

S3：将所述总安全系数对应所述喷层和所述锚杆的受力分配为喷锚支护结构中的喷层安全系数和锚杆安全系数；