【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大变形隧道防灾领域，特别是一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构和设计方法。
技术介绍
1、隧道工程的本质就是在地面以下的地层中开掘一个空间，以满足各种功能需求，由此将使长期处于平衡状态的地层因开挖扰动而发生应力调整及变形，并试图尽快形成新的平衡状态。然而，由于地层条件的差异性围岩将出现不同的稳定状态，有些围岩在应力调整过程中难以实现自行平衡，随着变形的发展则是出现破坏和失稳，进而危及工程安全。由此，需对围岩进行适时的外部干预，按照围岩条件不同，可采取事先干预、过程干预和事后干预三种方式，分别对应超前支护、初期支护和二次衬砌。然而，对于稳定性较差的围岩条件，在实际支护过程中，由于各种因素同时作用，且关系极为复杂，因而给工程设计和施工带来挑战。
2、深埋隧道软弱岩体往往具有明显的流变特性和时效弱化效应，隧道开挖后围岩参数随时间的增加逐渐降低，导致围岩流变变形增大，容易造成隧道初期支护和二次衬砌开裂，严重影响隧道施工期及运营期安全。为控制高地应力下软岩变形的快速发展，保证围岩自承能力，隧道施工过程常采用“双层初支+二衬”的多层衬砌结构。尽管多层衬砌在大变形隧道治理中取得不少成功案例，但面对强挤压围岩大变形时，这种强支护措施实践上大多以失败告终，隧道运营阶段频繁出现二衬开裂、掉块、甚至局部坍塌等大变形问题。
3、为保证隧道安全，在二次衬砌与围岩之间设置能够吸收围岩流变变形的缓冲层，其特殊的力学特性使其能够实现与围岩的变形协调，吸收围岩长期变形能，实现软弱隧道围岩的长期稳定。目前，发泡材料因其
4、专利202311579466.7提出了一种隧道多层支护结构的模型试验方法，提供了可行的力学分析方法，但仅针对传统多层强支护结构，且没有考虑变形的时效性。尽管专利202111572047.1“大变形隧道缓冲层支护设计方法”与专利202310976187.8“一种基于变形监测数据的隧道施工期缓冲层参数设计方法”提出了基于现场监测与材料试验相结合的缓冲层参数设计方法，但仅针对采用单层初支的让压结构，无法满足强挤压大变形隧道对承载力和变形能力的双重需求；缓冲层施工仍采用预制敷设方式，施工效率较低；此外，结构设计依赖于隧道前期监测与室内试验的结果，计算方法的灵活性欠佳。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构和设计方法，该采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构和设计方法采用喷涂聚氨酯缓冲层的多层让压支护变形计算流程与方法，输入参数简单，无需依托监测和试验数据即可对结构开展设计，便于实际施工动态设计调整。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，包括从外至内依次布设的增韧双层初期支护、聚氨酯缓冲层和二次衬砌。
4、增韧双层初期支护包括从外至内依次布设的第一层增韧初支和第二层增韧初支。
5、喷涂型聚氨酯缓冲层为喷涂聚氨酯材料。
6、喷涂聚氨酯材料的致密前应变不小于50％，喷涂聚氨酯材料的强度为0.2-3mpa。
7、增韧双层初期支护采用钢-聚丙烯混杂纤维混凝土。
8、一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，包括如下步骤。
9、步骤1、施作第一层增韧初支，并记录开始施作时间t1。
10、步骤2、计算为第一层增韧初支施作后的洞壁径向位移，为关于时间t的函数。
11、步骤3、计算t2：t2为第二层增韧初支的开始施作时间，也即达到设定的弹性变形极限阈值一时的时间。
12、步骤4、施作第二层增韧初支。
13、步骤5、计算为第二层增韧初支施作后的洞壁径向位移，为关于时间t的函数。
14、步骤6、计算t3：t3为喷涂型聚氨酯缓冲层的开始施作时间，也即达到设定的弹性变形极限阈值二时的时间。
15、步骤7、喷涂聚氨酯缓冲层，待聚氨酯缓冲层硬化后，施作二次衬砌。
16、步骤8、计算在二次衬砌施作完成后，任意时刻的衬砌结构总接触压力p3(t)与洞壁总径向位移
17、步骤2中，的计算公式为：
18、
19、其中：
20、
21、式中，p0为围岩初始地应力；r0为隧道开挖半径。
22、j(t)为t时刻的蠕变柔度；j(t1)为t1时刻的蠕变柔度。
23、k1为第一层增韧初支的支护刚度。
24、gm和gk分别为maxwell模型与kelvin模型中的剪切模量，均为已知量。
25、ηm、ηk分别为maxwell模型与kelvin模型中的牛顿体黏滞系数，均为已知量。
26、步骤5中，的计算方法包括如下步骤：
27、步骤5-1、计算为t2时刻的洞壁径向位移，具体计算公式为：
28、
29、其中：
30、
31、步骤5-2、计算p1(t2)：p1(t2)为t2时刻的衬砌压力，具体计算公式为：
32、
33、步骤5-3、计算具体计算公式为：
34、
35、式中，r1为第一层增韧初支的内径；k2为第二层增韧初支的支护刚度。
36、步骤5中，第一层增韧初支的支护刚度k1和第二层增韧初支的支护刚度k2的计算公式，分别为：
37、
38、式中，e1和υ1分别为第一层增韧初支的弹性模量和泊松比。
39、e2和υ2分别为第二层增韧初支的弹性模量和泊松比。
40、r2为第二层增韧初支的内径。
41、步骤7中，聚氨酯缓冲层的喷涂方法，包括如下步骤：
42、步骤7-1、第二层增韧初支内表面清洁：对第二层增韧初支内表面进行清洁处理，以增加聚氨酯缓冲层与第二层增韧初支之间的黏结力。
43、步骤7-2、第二层增韧初支温湿度控制：对第二层增韧初支的温湿度进行检测，并使第二层增韧初支的含水率<8％，温度控制在10～35℃。
44、步骤7-3、聚氨酯分层喷涂：将调试完成的聚氨酯以分层的方式均匀喷涂在第二层增韧初支内表面，直至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：包括从外至内依次布设的增韧双层初期支护、聚氨酯缓冲层和二次衬砌；
2.根据权利要求1所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：喷涂聚氨酯材料的致密前应变不小于50％，喷涂聚氨酯材料的强度为0.2-3MPa。
3.根据权利要求1所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：增韧双层初期支护采用钢-聚丙烯混杂纤维混凝土。
4.一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤2中，的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤5中，的计算方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤5中，第一层增韧初支的支护刚度K1和第二层增韧初支的支护刚度K2的计算公式，分别为：>
8.根据权利要求4所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤7中，聚氨酯缓冲层的喷涂方法，包括如下步骤：
9.根据权利要求6所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤8中，的计算方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤8中，二次衬砌支护刚度K4的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：包括从外至内依次布设的增韧双层初期支护、聚氨酯缓冲层和二次衬砌；
2.根据权利要求1所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：喷涂聚氨酯材料的致密前应变不小于50％，喷涂聚氨酯材料的强度为0.2-3mpa。
3.根据权利要求1所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构，其特征在于：增韧双层初期支护采用钢-聚丙烯混杂纤维混凝土。
4.一种采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的采用喷涂型聚氨酯缓冲层的多层让压支护结构的设计方法，其特征在于：步骤2中，的计算公式为：
6.根据权利要求5所述的采用喷涂型聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：丰土根，王海波，董冰岩，张箭，张宏伟，郑彬，杜昕，薛新凯，丰岩霁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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