[发明专利]一种基于隧洞开挖数值模拟分析的初次支护时机选择方法

摘要

本发明公开了一种基于隧洞开挖数值模拟分析的初次支护时机选择方法，包括：步骤1，建立隧洞的二维数值模型，采用广义虚拟力支撑法确定以开挖荷载释放率为参数的二维数值模型初次支护时机r₀。步骤2，建立隧洞的三维数值模型，按某一合理开挖进尺逐步开挖，统计掌子面的推进过程中围岩典型位置的位移值。步骤3，基于位移完成率的概念建立二维数值模型和三维数值模型之间的函数关系，提出了以掌子面与监测断面间距离为参数的三维数值模型最佳初次支护时机选择方法。本发明可以定量地计算初次支护时机，解决了现阶段依靠经验进行确定的问题，且计算结果以距掌子面的距离为参数，该参数可以在实际工程中应用。

主权项

一种基于隧洞开挖数值模拟分析的初次支护时机选择方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，建立隧洞的二维数值模型，根据二维数值模型一次完全开挖后进行一步运算得到隧洞开挖后围岩瞬时的开挖荷载等效节点力，然后根据荷载系数将得到的开挖荷载等效节点力按一定比例分配依次施加在开挖边界上，统计各开挖荷载释放过程中围岩典型位置的位移值和塑性区范围，采用广义虚拟力支撑法确定以开挖荷载释放率为参数的二维模型初次支护时机r₀；步骤2，建立隧洞的三维数值模型，按合理开挖进尺逐步开挖，统计掌子面的推进过程中围岩典型位置的位移值；步骤3，基于位移完成率的概念，建立二维数值模型和三维数值模型的联系，提出以掌子面与监测断面间距离为参数的三维模型最佳初次支护时机选择方法，具体包括以下子步骤：步骤3.1，二维数值模型的位移完成率λ_2D采用公式(1)λ_2D(r,n)＝d_u(r,n)/d_u(100％,n)×100％            (1)式中：r是开挖荷载释放率，取值区间为[0，100％]；d_u(r，n)是监测点n在开挖荷载释放率为r时的位移值；步骤3.2，三维数值模型的位移完成率λ_3D采用公式(2)λ_3D(l,m)＝d_u(l,m)/d_u(∞,m)×100％            (2)式中：l是掌子面与监测断面的距离，取值区间为[‑∞，∞]，监测断面前后取7倍以上洞径可满足要求；d_u(l，m)是监测点m在掌子面与监测断面的距离为l时的位移值，其中m点与该点处隧洞断面的位置关系与n点相同；步骤3.3，二维数值模型和三维数值模型位移完成率的函数关系采用公式(3)λ_3D(l,m)＝λ_2D(r,n)                  (3)式中：若r＝r₀，则l即为三维计算模型最佳初次支护时机。