以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法技术

本发明专利技术公开了一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；初期支护为主要承载结构的支护结构可采用荷载—结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。以初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬砌设计，充分发挥初期支护的作用，提高了隧道结构质量，加快了施工进度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种山岭隧道的复合式衬砌技术，尤其涉及一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法。
技术介绍
复合式衬砌已经成为山岭隧道的主要衬砌结构类型，然而由于地下工程的复杂性，到目前为止世界各国采用的复合式衬砌结构设计方法各不相同，我国不同行业规范的要求也不相同。究竟初期支护在施工期间和运营期间究竟发挥多大作用，承担多少荷载？通过增加二次衬砌的厚度能提供多少安全储备？这些问题一直困扰着隧道设计者，使得设计者难以在纵观全局的基础上确定出经济合理的设计方案。目前专门针对喷混凝土初期支护耐久性的研究还很少，我国铁路有关规范也仅对二次衬砌的耐久性提出了具体要求；目前初期支护的设计方法以工程类比为主，辅以地层—结构模型进行计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种隧道结构质量高、施工进度快的以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；所述初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用性判别包括：在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；所述初期支护的设计方法包括：采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷载—结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；所述二次衬砌设计方法包括：所述二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护
劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，以初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬砌设计，充分发挥初期支护的作用，提高了隧道结构质量，加快了施工进度。附图说明图1为本专利技术的Ⅲ级围岩复合式衬砌图(新断面)；图2为本专利技术的Ⅳ级围岩复合式衬砌图(新断面)；图3为本专利技术的Ⅴ级围岩复合式衬砌图(新断面)；图4为本专利技术的Ⅴ级围岩加强复合式衬砌图(新断面)；图5为原设计的Ⅲ级围岩复合式衬砌图；图6为原设计的Ⅳ级围岩复合式衬砌图；图7为原设计的Ⅴ级围岩复合式衬砌图；图8为原设计的Ⅴ级围岩加强复合式衬砌图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，其较佳的具体实施方式是：包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；所述初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用性判别包括：在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；所述初期支护的设计方法包括：采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷载—结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；所述二次衬砌设计方法包括：所述二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。本专利技术的以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，通过系统的理论与应用研究，形成以初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬砌设计理论体系，从而充分
发挥初期支护的作用，提高隧道结构质量，加快施工进度，提升我国隧道建设水平。本专利技术包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法。(1)初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，由于地下工程使用环境的复杂性直接影响初期支护的承载能力和耐久性。本专利技术提出了地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用合理的断面形式和参数初期支护可作为复合式衬砌的主要承载结构。(2)本专利技术中，初期支护的设计方法采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构可采用荷载—结构计算模式，并给出了初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数。(3)二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。本专利技术的优点和积极效果：(1)初期支护做为主要承载结构，将目前初期支护的定性设计改变为定量设计。(2)采用初期支护质量保证体系，有效提高结构抗渗性和承载能力，确保隧道结构工程质量和耐久性，提高支护结构质量与作用，减少隧道工程建设成本。(3)减薄了二次衬砌厚度，优化了二次衬砌施做时机，施工进度得以提高。具体实施例：本专利技术在连盐铁路焦庄隧道实施，对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩进行了优化设计，优化后衬砌断面见附图1～4，采用现有技术中的设计方法进行设计的断面见附图5～8，工程量及经济效益对比见表1。施工监测数据显示结构稳定，满足要求。表1时速120km/h单线隧道主要工程量及经济效益对比：注：表中数值为正代表优化后较实际量大，反之实际量小。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，其特征在于，包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；所述初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用性判别包括：在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；所述初期支护的设计方法包括：采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷载—结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；所述二次衬砌设计方法包括：所述二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。

【技术特征摘要】
1.一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，其特征在于，包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；所述初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用性判别包括：在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；所述初期...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗章波，杨岳勤，赵勇，苏新民，杨国柱，刘勇，朱永全，丁祥，郭庆昊，刘彦文，胡玉林，宋玉香，李文江，高新强，路美丽，卢裕杰，
申请(专利权)人：中铁第五勘察设计院集团有限公司，石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：北京;11