[发明专利]一种水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法

摘要

本发明公开了一种水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，将不同的施工阶段的隧道顶板力学计算模型等效为开挖初始阶段的锚固梁模型与开挖扰动后的简支梁模型，同时提出了水平层状围岩层间粘聚力的计算模型及粘聚力的具体计算公式；通过在传统的开挖宽度模型中植入水平层状围岩层间粘聚力的理论模型，得到了与实际施工相一致的水平层状围岩隧道顶板临界开挖跨度，对于指导水平层状围岩隧道的设计与施工具有重要的意义。

主权项

1.一种水平层状围岩隧道临界开挖跨度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n【1】锚固梁模型建立：/n将水平层状围岩隧道顶板岩体简化为锚固梁模型；/n【2】锚固梁结构层间粘聚力计算：/n【2.1】取水平层状围岩隧道开挖顶部最高点以上的两层岩体样品，其中自上而下第一层岩体为上层岩体，第二层岩体为下层岩体，分别测量得到上层岩体的弹性模量为E₁和下层岩体的弹性模量为E₂，在E₂<E₁的情况下，按照步骤【2.2】和步骤【2.3】计算层间粘聚力g_{_锚固}；/n【2.2】将上层岩体和下层岩体分别等效为锚固梁结构支撑的上层梁和下层梁，并按照实际参数分别计算上层梁的荷载q_上、下层梁的荷载q_下、上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下；其中q_上＝q₁+γ₁h₁+g_{_锚固}；/nq_下＝q₁+γ₁h₁+γ₂h₂-g_{_锚固}；/nq₁为围岩竖向作用力，上层岩体厚度为h₁，容重为γ₁，下层岩体厚度为h₂，容重为γ₂，g_{_锚固}为锚固结构的层间粘聚力；/n【2.3】在协同变形条件下，上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下相同，计算得到层间粘聚力/n /n其中b₁为上层梁的纵向长度，b₂为下层梁的纵向长度；/n【3】锚固梁结构临界开挖跨度计算：/n根据锚固结构的下层梁临界荷载公式计算得到临界开挖跨度/n /n其中[σ_t]为下层梁的极限抗拉强度，q₃为水平围岩压力；/n【4】简支梁模型建立/n将水平层状围岩隧道顶板岩体简化为简支梁模型；/n【5】简支梁结构层间粘聚力计算：/n【5.1】将上层岩体和下层岩体分别等效为简支梁结构支撑的上层梁和下层梁，并按照现场施工的实际参数分别计算上层梁的荷载q_上、下层梁的荷载q_下、上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下；/n其中q_上＝q₁+γ₁h₁+g_{_简支}；/nq_下＝q₁+γ₁h₁+γ₂h₂-g_{_简支}；/nq₁为围岩竖向作用力，上层岩体厚度为h₁，容重为γ₁，下层岩体厚度为h₂，容重为γ₂，g_{_简支}为简支梁结构的层间粘聚力；/n【5.2】在协同变形条件下，上层梁的挠度ω_上和下层梁的挠度ω_下相同，计算得到得出粘聚力/n /n其中b₁为上层梁的纵向长度，b₂为下层梁的纵向长度；/n【6】简支梁结构临界开挖跨度计算：/n根据简支梁结构的下层梁临界荷载公式计算得到临界开挖跨度/n /n其中[σ_t]为下层梁的极限抗拉强度，q₃为水平围岩压力；/n【7】临界开挖跨度的选择：/n在a_{临_简支梁}和a_{临_锚固梁}中选择极小值为该隧道开挖跨度值。/n