【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及土木工程，具體涉及一種隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法。
技術介紹
1、隧道新奧法理論強調通過采取措施來改善圍巖的力學性質，例如預加固、噴錨加固、巖體注漿等手段，從而提高圍巖的自承載能力和穩定性。然而，在當前的隧道施工中往往傾向于傳統支護結構的被動支護作用，傳統支護被動承載效能低、構件繁多耗時久、參數冗余經濟差，難以滿足隧道建設對“安全、高效、經濟”的需求。在采用新奧法建造理念進行隧道施工時，隧道錨桿和噴射混凝土是兩種重要的支護類型。其中，錨噴支護作為隧道初期支護的關鍵組成部分，其支護效果對初期支護的設計至關重要。目前，隧道早高強巖錨噴承載拱變形給工程安全帶來了巨大挑戰，國內外學者通過類比設計、模型驗證和現場測試等方法提供了一些研究基礎，但隧道早高強巖錨噴承載拱的主動支護設計方法仍不夠完善，因此，構建隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，實現基于早高強巖錨噴承載拱的錨噴主動支護設計，具有十分重要的意義。
技術實現思路
1、為解決現有技術中存在的問題，本專利技術提供了一種隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，實現簡單、快速、準確的計算不同支護參數下巖-錨-噴主動支護的安全性和耐久性，為采用主動支護的隧道工程設計提供參考，解決了上述
技術介紹
中提到的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，包括如下步驟：
3、s1、確定巖錨承載拱作用荷載并建立巖錨承載
4、s2、根據巖錨承載拱計算模型計算得到巖錨承載拱最不利截面位移及應力；
5、s3、提出變形控制標準驗證巖錨承載拱位移是否符合要求；
6、s4、提出預應力錨桿安全性評價方法并根據巖錨承載拱計算結果評價預應力錨桿安全性；
7、s5、根據巖錨承載拱計算位移確定噴射混凝土作用荷載；
8、s6、建立噴射混凝土計算模型；
9、s7、根據噴射混凝土計算模型計算得到噴射混凝土最不利截面應力；
10、s8、提出噴射混凝土安全性和耐久性評價方法；
11、s9、根據噴射混凝土計算模型計算結果判別噴射混凝土的安全性和耐久性；
12、s10、根據巖錨承載拱計算結果和噴射混凝土計算結果確定主動支護參數。
13、優選的，所述步驟s1具體包括：
14、s11、根據巖體內的徑向應力應變、切向應力應變建立平衡方程，帶入邊界條件，再根據拉梅應力公式計算圍巖彈性區的應力、根據經典硐室理論計算圍巖塑性區的應力，同時計算巖錨承載的控制半徑，最后求得巖錨承載拱的厚度，公式如下：
15、ls＝f1(rs,r)?(1)
16、式中：f1(x)為巖錨承載拱厚度的計算函數；rs為巖錨承載的控制半徑，(m)；ls為巖錨承載拱的厚度，(m)；r為隧道半徑，m；
17、s12、根據巖錨承載拱的厚度計算得到巖錨承載拱的豎向荷載，再根據規范所提供的側壓力系數值求得巖錨承載拱的水平荷載，公式如下：
18、qs＝f2(ls,γ)?(2)
19、es＝f2(qs,λ)?(3)；
20、式中：f2(x)為巖錨承載拱的荷載計算函數；qs為巖錨承載拱的豎向荷載，(kpa)；es為巖錨承載拱的水平荷載，(kpa)；γ為巖錨承載拱的重度，kn/m3；λ為側壓力系數；
21、s13、根據巖錨承載拱底部受力狀態確定巖錨承載拱計算模型，若巖錨承載拱底部受拉，則在噴射混凝土-圍巖接觸面產生切向力，巖錨承載拱模型的變形和應力分布會發生變化，此時，結構受松動壓力和噴射混凝土-圍巖接觸面切向力的聯合作用，為了準確評估工程的穩定性和安全性，需要建立綜合考慮這兩種荷載作用的力學模型；若巖錨承載拱底部受壓，則在噴射混凝土-圍巖接觸面不產生切向力，此時，結構僅受松動壓力的作用。
22、優選的，所述步驟s2具體包括：
23、s21、根據巖錨承載拱的厚度、巖錨承載拱的豎向荷載和水平荷載，建立力學方程求得松動壓力作用下巖錨承載拱最不利截面的應力、位移，公式如下：
24、σcs＝g1(es,qs,ls)?(4)
25、σts＝g1(es,qs,ls)?(5)
26、wcs＝g1(es,qs,ls)?(6)
27、式中：g1(x)為巖錨承載拱在松動壓力作用下的最不利截面應力和位移計算函數；σcs為巖錨承載拱在松動壓力作用下最不利截面的頂部應力，(kpa)；σts為巖錨承載拱在松動壓力作用下最不利截面的底部應力，(kpa)；wcs為巖錨承載拱在松動壓力作用下最不利截面的位移，(m)；
28、s22、根據巖錨承載拱的厚度、巖錨承載拱最不利截面底部拉應力值，建立力學方程求得噴射混凝土-圍巖接觸面切向力作用下巖錨承載拱最不利截面的應力、位移，公式如下：
29、σ'cs＝g2(qt,ls)??(7)
30、σ'ts＝g2(qt,ls)??(8)
31、w'cs＝g2(qt,ls)?(9)
32、式中：g2(x)為巖錨承載拱在噴射混凝土-圍巖接觸面切向力作用下的最不利截面應力和位移計算函數；qt為松動壓力作用下巖錨承載拱最不利截面的底部拉應力，(kpa)；σ′cs為巖錨承載拱在噴射混凝土-圍巖接觸面切向力作用下最不利截面的頂部應力，(kpa)；σ′ts為巖錨承載拱在噴射混凝土-圍巖接觸面切向力作用下最不利截面的底部應力，(kpa)；w′cs為巖錨承載拱在噴射混凝土-圍巖接觸面切向力作用下最不利截面的位移，(m)；
33、s23、根據巖錨承載拱底部受力狀態確定巖錨承載拱計算模型，若巖錨承載拱底部受拉，結構受松動壓力和噴射混凝土-圍巖接觸面切向力的聯合作用，公式如下：
34、σcs總＝g3(σcs,σ'cs)?(10)
35、σts總＝g3(σts,σ'ts)?(11)
36、wcs總＝g3(wcs,w'cs)?(12)
37、式中：g3(x)為巖錨承載拱在最不利截面為底部受拉狀態下的應力和位移計算函數；σcs總為巖錨承載拱在最不利截面為底部受拉狀態下的最終頂部應力，(kpa)；σts總為巖錨承載拱在最不利截面為底部受拉狀態下的最終底部應力，(kpa)；wcs總為巖錨承載拱在最不利截面為底部受拉狀態下的最終位移，(m)；
38、若巖錨承載拱底部受壓，則在噴射混凝土-圍巖接觸面不產生切向力，此時，結構僅受松動壓力的作用，此時巖錨承載拱在最不利截面為底部受壓狀態下的最終應力和位移與松動壓力作用下的應力和位移相等。
39、優選的，所述步驟s3具體包括：
40、s31、根據規范確定圍巖變形控制值uw；
41、s32、根據規范確定圍巖變形控制值和巖錨承載拱最不利截面的總位移判斷巖錨承載拱主動支護參數是否符合要求。...
【技術保護點】
1.一種隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S1具體包括：
3.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S2具體包括：
4.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S3具體包括：
5.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S4具體包括：
6.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S5具體包括：根據巖錨承載拱計算模型計算得到的圍巖最終位移值，結合噴射混凝土的徑向形變剛度和切向形變剛度，計算噴射混凝土受到的豎向荷載和水平荷載，公式如下：
7.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S6具體包括：根據巖錨承載拱底部受力狀態確定噴射混凝土計算模型，
8.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S7具體包括：
9.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟S8具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟s1具體包括：
3.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟s2具體包括：
4.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟s3具體包括：
5.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟s4具體包括：
6.根據權利要求1所述的隧道早高強巖錨噴協同作用承載拱主動支護設計方法，其特征在于：所述步驟s5具體包括：根據巖錨承載拱計算模型計算得到的圍巖最終位移值，結合噴射混凝土的徑向形變剛...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙勇，王明年，楊恒洪，鐘佑明，劉大剛，王旭，朱廷宇，王文正，劉杰，徐志輝，劉駿，王巍，李冰天，廖曉璇，張程，郝超江，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發明
國別省市：
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