【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于隧道工程，具體涉及一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
1、本部分的陳述僅僅是提供了與本專利技術(shù)相關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。
2、現(xiàn)有研究中對(duì)于對(duì)于預(yù)應(yīng)力錨固層支護(hù)設(shè)計(jì)方法已有初步研究，如cn110210069b公開(kāi)了一種隧道超前支護(hù)體系設(shè)計(jì)方法及隧道超前支護(hù)設(shè)計(jì)方法，旨在提高掌子面穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)軟弱圍巖條件下隧道機(jī)械化全斷面施工，但隧道超前支護(hù)體系設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算模型中未考慮對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固層的影響。
3、對(duì)于現(xiàn)有錨固層支護(hù)設(shè)計(jì)方法中，忽略了預(yù)應(yīng)力對(duì)錨固層力學(xué)性能的影響，對(duì)于錨固層承擔(dān)荷載問(wèn)題也未與現(xiàn)有《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(tb?10003-2016)中的松動(dòng)壓力相結(jié)合，而此松動(dòng)壓力計(jì)算方法綜合了全土柱理論、謝家烋公式和基于樣本統(tǒng)計(jì)及圍巖分級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式的優(yōu)點(diǎn)，但也未考慮超前支護(hù)對(duì)錨固層承擔(dān)荷載的影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)上述問(wèn)題，本專利技術(shù)提供了一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，首先構(gòu)建預(yù)應(yīng)力錨固層荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，其次采用mohr-cou?l?omb強(qiáng)度理論，推導(dǎo)極限平衡狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力錨固層抗壓強(qiáng)度計(jì)算方法，提出考慮超前支護(hù)荷載折減機(jī)制的圍巖松動(dòng)壓力修正計(jì)算方法，最終形成隧道基于圍巖松動(dòng)壓力的預(yù)應(yīng)力錨固層支護(hù)設(shè)計(jì)方法，為隧道錨噴支護(hù)的精確設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
3、本專利技術(shù)提供了一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧
4、s1、構(gòu)建預(yù)應(yīng)力錨固層的荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；
5、s2、采用mohr-cou?l?omb強(qiáng)度理論，推導(dǎo)極限平衡狀態(tài)下所述預(yù)應(yīng)力錨固層的抗壓強(qiáng)度計(jì)算方法；
6、s3、提出考慮所述超前支護(hù)的荷載折減機(jī)制的圍巖松動(dòng)壓力修正計(jì)算方法；
7、s4、基于所述圍巖松動(dòng)壓力修正計(jì)算方法，采用所述荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固層的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
8、進(jìn)一步，在s1中所述預(yù)應(yīng)力錨固層的荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立過(guò)程中，所述預(yù)應(yīng)力錨固層結(jié)構(gòu)體采用梁?jiǎn)卧M，所述預(yù)應(yīng)力錨固層與地層的相互作用采用徑向無(wú)拉彈簧模擬，墻腳處采用固端約束進(jìn)行固定。
9、進(jìn)一步，所述預(yù)應(yīng)力錨固層的荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型構(gòu)建過(guò)程中，所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度的計(jì)算過(guò)程中需要考慮預(yù)應(yīng)力錨桿的長(zhǎng)度、墊板寬度以及錨桿的環(huán)向間距；所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度計(jì)算公式如下：
10、
11、其中，l為預(yù)應(yīng)力錨固層厚度；r為隧道半徑；stb為錨桿環(huán)向間距；lfb為預(yù)應(yīng)力錨桿的自由段長(zhǎng)度；b為錨桿墊片寬度；α為壓力擴(kuò)散角。
12、進(jìn)一步，錨桿加固后圍巖等效彈性模量受錨桿彈性模量與圍巖彈性模量共同影響，根據(jù)面積等效原則，得到等效彈性模量e*的表達(dá)式為：
13、
14、其中，eb為錨桿彈性模量；e為圍巖彈性模量；slb為錨桿軸向間距；d為錨桿直徑。
15、進(jìn)一步，圍巖等效黏聚力c*和等效內(nèi)摩擦角的表達(dá)式為：
16、
17、其中，λ為錨桿與圍巖摩擦阻力系數(shù)；在螺紋鋼錨桿支護(hù)體系中c為圍巖原始黏聚力；為內(nèi)摩擦角。
18、進(jìn)一步，安全系數(shù)計(jì)算公式如下：
19、kbnb≤μασbbl
20、其中，kb為預(yù)應(yīng)力錨固層的安全系數(shù)；nb為驗(yàn)算截面的軸力；μ為截面的縱向彎曲系數(shù)；α為軸向力偏心影響系數(shù)；b為承載拱計(jì)算寬度；l為預(yù)應(yīng)力錨固層計(jì)算高度；σb為預(yù)應(yīng)力錨固層的極限抗壓強(qiáng)度。
21、進(jìn)一步，在s2中根據(jù)mohr-cou?l?omb強(qiáng)度理論，圍巖原有抗壓強(qiáng)度表達(dá)式為：
22、
23、其中，σ3為隧道開(kāi)挖后錨桿施作前圍巖應(yīng)力重新調(diào)整后的最小主應(yīng)力。
24、進(jìn)一步，預(yù)應(yīng)力錨桿施作后所述預(yù)應(yīng)力錨固層的抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為；
25、
26、其中，c*為圍巖等效黏聚力；為等效內(nèi)摩擦角；fa為錨桿施加的預(yù)緊力。
27、進(jìn)一步，若隧道采用超前管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)圍巖壓力計(jì)算公式進(jìn)行修正，得到修正后的圍巖垂直勻布?jí)毫τ?jì)算公式為：
28、ql＝ξγha
29、ha＝0.45×2s-1×w
30、其中，ql為圍巖垂直勻布?jí)毫Γ沪脼閲鷰r重度；ha為計(jì)算圍巖高度；w為寬度影響系數(shù)；b為隧道寬度；ξ為圍巖壓力折減系數(shù)。
31、進(jìn)一步，得到修正后的圍巖水平壓力計(jì)算公式為：
32、e＝λql
33、其中，e為水平壓力；λ為側(cè)壓力與垂直壓力的比值。
34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
35、本專利技術(shù)構(gòu)建了預(yù)應(yīng)力錨固層荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，其次采用mohr-cou?l?omb強(qiáng)度理論，推導(dǎo)了極限平衡狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力錨固層抗壓強(qiáng)度計(jì)算方法，并提出了考慮超前支護(hù)荷載折減機(jī)制的圍巖松動(dòng)壓力修正計(jì)算方法，最終形成了一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，為隧道錨噴支護(hù)的精確設(shè)計(jì)提供了計(jì)算依據(jù)。解決了現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法中未考慮預(yù)應(yīng)力對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固層力學(xué)性能的影響的問(wèn)題，采用了較為可靠的圍巖松動(dòng)壓力作為計(jì)算荷載進(jìn)行計(jì)算，克服了隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中未涉及預(yù)應(yīng)力的這一缺陷，豐富了隧道工程支護(hù)結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)相關(guān)理論。
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1.一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，超前支護(hù)中的錨桿插入巖層，錨桿端部經(jīng)過(guò)注漿形成預(yù)應(yīng)力錨固層，其特征在于，設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在S1中所述預(yù)應(yīng)力錨固層的荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立過(guò)程中，所述預(yù)應(yīng)力錨固層結(jié)構(gòu)體采用梁?jiǎn)卧M，所述預(yù)應(yīng)力錨固層與地層的相互作用采用徑向無(wú)拉彈簧模擬，墻腳處采用固端約束進(jìn)行固定。
3.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度的計(jì)算過(guò)程中需要考慮預(yù)應(yīng)力錨桿的長(zhǎng)度、墊板寬度以及錨桿的環(huán)向間距；所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度計(jì)算公式如下：
4.如權(quán)利要求3所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，錨桿加固后圍巖等效彈性模量受錨桿彈性模量與圍巖彈性模量共同影響，根據(jù)面積等效原則，得到等效彈性模量E*的表達(dá)式為：
5.如權(quán)利要求4所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，圍巖等效黏聚力c*和等效內(nèi)摩
6.如權(quán)利要求5所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力錨固層的極限抗壓強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算公式如下：
7.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在S2中根據(jù)Mohr-Coulomb強(qiáng)度理論，圍巖原有抗壓強(qiáng)度表達(dá)式為：
8.如權(quán)利要求7所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，預(yù)應(yīng)力錨桿施作后所述預(yù)應(yīng)力錨固層的抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為；
9.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，若隧道采用超前管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)時(shí)，應(yīng)對(duì)圍巖壓力計(jì)算公式進(jìn)行修正，得到修正后的圍巖垂直勻布?jí)毫τ?jì)算公式為：
10.如權(quán)利要求9所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，得到修正后的圍巖水平壓力計(jì)算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，超前支護(hù)中的錨桿插入巖層，錨桿端部經(jīng)過(guò)注漿形成預(yù)應(yīng)力錨固層，其特征在于，設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在s1中所述預(yù)應(yīng)力錨固層的荷載-結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立過(guò)程中，所述預(yù)應(yīng)力錨固層結(jié)構(gòu)體采用梁?jiǎn)卧M，所述預(yù)應(yīng)力錨固層與地層的相互作用采用徑向無(wú)拉彈簧模擬，墻腳處采用固端約束進(jìn)行固定。
3.如權(quán)利要求1所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度的計(jì)算過(guò)程中需要考慮預(yù)應(yīng)力錨桿的長(zhǎng)度、墊板寬度以及錨桿的環(huán)向間距；所述預(yù)應(yīng)力錨固層的厚度計(jì)算公式如下：
4.如權(quán)利要求3所述的一種考慮超前支護(hù)作用效應(yīng)的隧道預(yù)應(yīng)力錨固層設(shè)計(jì)方法，其特征在于，錨桿加固后圍巖等效彈性模量受錨桿彈性模量與圍巖彈性模量共同影響，根據(jù)面積等效原則，得到等效彈性模量e*的表達(dá)式為：
5.如權(quán)利要求4所述的一種考慮超前支...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李勇勝，仁師軍，陳相鋒，王志龍，修鑫，吳培章，李富，范譯澤，劉培鑫，吳圣智，董宇蒼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中鐵十四局集團(tuán)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
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