[发明专利]一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法及装置

权利要求书

1.一种隧道静态破碎下置换初期支护的方法，其特征在于，包括：

步骤1、对现场岩体进行原位波速测试，获取岩体的弹性横波速度和弹性纵波速度；

步骤2、根据测得的岩体波速，计算岩体的完整性系数，当计算得到的完整性系数大于等于设定值时，进入步骤3，当计算得到的完整性系数小于设定值时，结束步骤；

步骤3、根据弹性波动理论，由波速计算初期支护设计中所需的现场岩体物理力学参数，根据所述现场岩体物理力学参数，设计初期支护方案，所述初期支护方案为钢格栅和喷射混凝土组成的隧道支护结构体系；

步骤4、根据所述初期支护方案计算置换方案的参数，并根据等效截面的原理建立刚度和承载力的计算模型；

步骤5、根据所述刚度和承载力的计算模型计算所述初期支护方案支护刚度和承载力的大小以及所述置换方案的支护刚度和承载力的大小，若计算得到置换方案的支护刚度和承载力的大小均不小于所述初期支护方案的刚度和承载力的大小，则确定施作所述置换方案；若计算得到置换方案的支护刚度和承载力的大小有一项小于原设计初期支护的刚度和承载力的大小，则不施作所述置换方案，进入步骤6；

步骤6，调整置换方案的参数，所述置换方案的参数包括围岩厚度和喷射混凝土厚度，然后返回步骤5；

所述步骤3中，根据弹性波动理论，由波速计算初期支护设计中所需的现场岩体物理力学参数，具体如下：

其中，E为弹性模量，μ为泊松比，ρ为密度，V_S为原位岩体波速测试中的横波速度，V_P为原位岩体波速测试中的纵波速度；

所述步骤4中，刚度计算模型具体如下：

根据等效截面的原理采用下式计算刚度：

其中，EI为初期支护结构刚度大小，E₁为初期支护方案中混凝土弹性模量；I₁为初期支护方案中混凝土结构惯性矩；E₂为钢架弹性模量；I₂为钢架对应惯性矩；E'I'为置换结构刚度大小；E'₁为置换方案中混凝土弹性模量；I'₁为置换方案中混凝土结构惯性矩；E'₂为岩体弹性模量、I'₂为岩体结构惯性矩；

所述步骤4中，承载力计算模型具体如下：

首先，根据隧道断面形式和围岩条件，支护结构内力由下式计算：

其中，X₁为支护结构所承受轴力，X₂为支护结构所承受弯矩，△_iP为荷载作用下，沿X_i方向产生的位移，其中，i＝1，2；β₀为拱脚总弹性转角，f为支护结构矢高，u₀为总水平位移；

然后，由下式计算该支护结构下所能承受的极限轴力：

其中，σ为混凝土抗压强度，A₁为初期支护方案中喷射混凝土结构的截面积；A₂为初期支护方案中格栅钢架的截面积，E₁为初期支护方案中混凝土弹性模量，E₂为钢架弹性模量；

由公式(4)和公式(5)联立得到该支护结构下所能承受的上覆极限均布荷载大小，即为承载力的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，计算岩体的完整性系数，采用下式计算：

K_v＝(v_pm/v_pr)²(1)

其中，K_v为岩体完整性系数，v_pm为岩体弹性纵波速度，v_pr为岩石弹性纵波速度，v_pm采用原位岩体波速测试方法测定，而v_pr通过对岩块的测试来确定，并在同一岩体中取样来测定岩石弹性波速。