浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法技术

本发明专利技术涉及一种浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法。本发明专利技术通过引入隧道围岩应力释放率δ和位移释放率ω的概念，揭示隧道开挖过程中围岩应力与位移的变化情况与规律，利用数值模拟计算出δ与ω之间的定量关系。然后根据浅埋段围岩内部位移现场测试情况，计算出围岩的位移释放率进而得出应力释放情况。最后依据应力释放来确定二次衬砌所承受的合理荷载从而判定其施做的正确时间。本发明专利技术从易于获取的位移测试数据出发推演出围岩的应力变化情况来判定二次衬砌施做时间，以此方法制定的判别标准客观、真实、可操作性强，具有普遍性与推广性。推广性。推广性。

【技术实现步骤摘要】
浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种浅埋公路隧道二次衬砌施做的量化方法，具体涉及一种浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法。

技术介绍

[0002]对于浅埋隧道由于埋深浅、岩体风化严重、自稳能力差、承载力低，需采用复合式衬砌；其中二次衬砌作为主要的承重结构，支护时间的科学确定是隧道设计和施工的关键技术难题。如果施做时间过早，围岩应力释放不充分，导致二次衬砌承受荷载过大且不利于充分发挥围岩的自稳特性，施做时间过晚，则会由于围岩变形过大而引起失稳。
[0003]目前针对二次衬砌支护时机，规范做了相关的规定：《公路隧道施工技术规范》(JTGF 60-2009)规定，当拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d时，适合支护；《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086-2009)规定，已产生的各项位移达到各项预计位移总量的80％～90％，适合支护。学者们也开展了相关研究，可归纳为三类：1)基于现场实测数据分析法：通过监测隧道围岩位移或应力的变化情况，分析围岩变形规律与稳定性，确定二次衬砌的施做时间。2)基于力学理论的数学计算解析法：通过力学知识对围岩的应力、变形情况进行理论分析，计算出二次衬砌的施做时间。3)数值模拟分析法：通过有限元分析软件，模拟计算出隧道开挖、支护过程中，围岩、支护结构的位移与应力变化情况，分析确定二次衬砌的施做时间。以上三种方法存在一定片面性，且部分方法操作较为复杂。因此，必须寻找一种简洁、普适、科学的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法，基于数值模拟与现场测试得出二次衬砌的施做时间。
[0005]本专利技术的总体构思：通过计算隧道围岩应力释放率δ和位移释放率ω之间的定量关系，然后根据浅埋段围岩内部位移释放值，反推围岩应力释放值并结合二次衬砌所承受的合理荷载，来判定施做的正确时间。
[0006]本专利技术的具体包括以下步骤：
[0007]第一步：
[0008]引入两个参数：围岩应力释放率δ和围岩位移释放率ω；
[0009]隧道开挖的瞬间围岩内任一点K由原来的平衡状态转化为失衡状态，假定此时的径向应力为σ
s
，达到新的平衡时应力为σ
f
，在任意t时刻K点的径向应力为σ
t
，则定义在t时刻围岩的应力释放率为δ：
[0010][0011]假定隧道开挖后的瞬间围岩内任一点K的径向位移为u
s
，在围岩应力重新达到平衡时的径向位移为u
f
，任意t时刻K点的径向位移为u
t
，则定义t时刻围岩位移释放率ω为：
[0012][0013]以隧道开挖的瞬间为时间起点，并以此时为位移基准0点。则有t＝0时，μ
s
＝0则公式(2)可简化为：
[0014][0015]围岩的位移变化是应力释放的结果，且应力释放率δ和位移释放率ω均与时间t有关且两者之间存在对应关系联系，则有：
[0016]δ＝δ(t) ω＝ω(t)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0017]δ＝f(ω)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0018]第二步：隧道开挖数值模拟，计算得出应力释放率δ与位移释放率ω之间的定量关系。
[0019]第三步：进行隧道浅埋段围岩内部位移现场测试得到的围岩位移-时间曲线图。按照规范要求的二次衬砌所承受荷载，再结合δ与ω之间的定量关系得出相对应的位移释放率ω。根据ω的值并结合围岩位移-时间曲线图来判定二次衬砌施做的正确时间。
[0020]本专利技术的有益效果：本专利技术通过引入隧道围岩应力释放率δ和位移释放率ω的概念，利用数值模拟软件计算出δ与ω之间的定量关系，从本质上揭示隧道开挖时围岩应力与位移的变化情况与规律。二次衬砌作为主要的承重结构，从受力的角度出发确定施做时间更加合理，但是工程现场围岩应力的测量较为复杂与昂贵，本专利技术从易于获取的位移测试数据出发推演出围岩的应力变化情况来判定二次衬砌施做时间，以此方法制定的判别标准客观、真实、可操作性强，具有普遍性与推广性。
附图说明
[0021]图1数值计算模型图；
[0022]图2δ-ω关系曲线图；
[0023]图3多点位移计埋设示意图；
[0024]图4NO.1监测断面累计位移-时间关系曲线图；
[0025]图5NO.2监测断面累计位移-时间关系曲线图；
[0026]图6NO.3监测断面累计位移-时间关系曲线图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。
[0028]本专利技术引入了两个参数：围岩应力释放率δ和围岩位移释放率ω。
[0029]隧道开挖的瞬间围岩内任一点K由原来的平衡状态转化为失衡状态，假定此时的径向应力为σ
s
，达到新的平衡时应力为σ
f
，在任意t时刻K点的径向应力为σ
t
，则定义在t时刻围岩的应力释放率为δ：
[0030][0031]假定隧道开挖后的瞬间围岩内任一点K的径向位移为u
s
，在围岩应力重新达到平
衡时的径向位移为u
f
，任意t时刻K点的径向位移为u
t
，则定义t时刻围岩位移释放率ω为：
[0032][0033]以隧道开挖的瞬间为时间起点，并以此时为位移基准0点。则有t＝0时，μ
s
＝0则公式(2)可简化为：
[0034][0035]围岩的位移变化是应力释放的结果，且应力释放率δ和位移释放率ω均与时间t有关且两者之间存在对应关系联系，则有：
[0036]δ＝δ(t) ω＝ω(t)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0037]δ＝f(ω)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0038]任意时刻t的位移释放率均对应相应的应力释放率，通过模拟计算得出位移释放率与应力释放率之间的定量关系。然后根据浅埋段围岩内部位移现场测试情况，得出围岩的位移释放率进而计算出应力释放情况，最后依据应力释放来确定二次衬砌所承受的合理荷载从而判定其施做的合理时间。
[0039]具体实施：
[0040]第一步：根据工程地质勘探资料获取隧道围岩地质参数，进行隧道开挖数值模拟，通过提取模拟监测点的计算数据得出围岩应力释放率δ和位移释放率ω之间的定量关系。
[0041]第二步：通过浅埋段围岩内部位移现场测试，得出围岩的累计位移-时间曲线图。
[0042]第三步：依据规范规定的二次衬砌承受荷载的比例要求，计算出相应的围岩应力释放率。结合第一步所确定的δ和ω之间的定量关系，可得出相应的位移释放率并根据第二步的累计位移-时间曲线图得出二次衬砌的合理施做时间。
[0043]实施例：
[0044]某隧道浅埋段覆盖层主要为第四系的粉质黏土、含碎石粉质黏土，第三系分布于玄武岩底部和凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.浅埋公路隧道二次衬砌施做时间的确定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：第一步：引入两个参数：围岩应力释放率δ和围岩位移释放率ω；隧道开挖的瞬间围岩内任一点K由原来的平衡状态转化为失衡状态，假定此时的径向应力为σ
s
，达到新的平衡时应力为σ
f
，在任意t时刻K点的径向应力为σ
t
，则定义在t时刻围岩的应力释放率为δ：假定隧道开挖后的瞬间围岩内任一点K的径向位移为u
s
，在围岩应力重新达到平衡时的径向位移为u
f
，任意t时刻K点的径向位移为u
t
，则定义t时刻围岩位移释放率ω为：第二步：隧道开挖数值模拟采用模拟软件对隧道开挖进行模拟分析，围岩的位移变化是应力释放的结果，且应力释放率δ和位移释放率ω均与时间t有关，且两者之间存在对应关系，通过数值模拟计算从而可得出应力释放率δ与位移释放率ω之间的定量关系；第三步：进行隧道浅埋段围岩内部位移现场测试，得到的围岩位移-时间曲线图；按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁岽洋，彭飞，祝诗逸，何昌迪，章伟康，
申请(专利权)人：浙江省交通运输科学研究院，
类型：发明
国别省市：