[发明专利]一种考虑全参数影响的隧道工程初期设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程设计技术领域，尤其涉及一种考虑全参数影响的隧道工程初期设计方法。

背景技术

目前我国铁路隧道数量、总长度均居世界第一，铁路隧道建设取得了举世瞩目的成就。但是，从众多铁路隧道工程设计、施工来看，目前隧道的结构设计普遍采用基于经验的工程类比方法，现有的数值计算也未能考虑隧道变形的时空特性，难以做到科学化设计。同时，由于隧道围岩-支护相互作用的不确定性、地质条件的多变性及缺乏系统理论指导的现状，隧道的初期设计方案往往造成在某些条件下过于保守，造成浪费，然而在另外一些条件下又由于隧道结构设计过于薄弱而存在较大的安全隐患，给隧道工程的建设和后期的运营造成较大的安全风险。

因此，现有隧道工程的初期设计方法存在主观性强、科学性差，容易造成浪费或安全风险较大的缺点。

发明内容

本发明的实施例提供了一种考虑全参数影响的隧道工程初期设计方法，以实现对隧道工程进行有效的初期设计。

一种考虑全参数影响的隧道工程初期设计方法，包括：

根据规范中对隧道预留变形量的规定和隧道纵向位移的计算结果，获取初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值；

综合考虑隧道施工中隧道变形的时间变化规律，获取考虑了隧道变形全参数影响的隧道纵向不同变形阶段的变形值；

将考虑了隧道变形全参数影响的隧道纵向不同变形阶段的变形值与所述初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值进行比较，根据比较结果确定所述隧道的初期设计方案的合理性。

所述的方法还包括：将隧道纵向不同变形阶段划分为：隧道工程超前段、未支护段、安全距离段和后续阶段。

所述的根据规范中对隧道预留变形量的规定和隧道纵向位移的计算结果，获取初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值，包括：

根据勘查结果确定隧道工程所赋存围岩的物理力学参数、岩土体结构面的力学特性和分布特征及水文地质条件，确定围岩级别，结合包括隧道功能、长度、埋深在内的基本设计信息，对隧道工程进行综合评定；

根据隧道工程的综合评定结果和类似工程设计经验，确定隧道工程的支护措施、支护结构物理力学参数及初期支护未支护段长度和二次衬砌与初期支护之间安全距离的长度；

根据规范中对隧道预留变形量的规定和隧道工程综合评定结果确定隧道的最终变形控制值，根据数值计算结果确定隧道纵向不同变形阶段的变形控制值。

所述的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值包括：隧道工程超前段变形控制值C1、未支护段变形控制值C2、安全距离段变形控制值C3和后续阶段变形控制值C4。

所述的综合考虑隧道施工中隧道变形的时间变化规律，获取考虑了隧道变形全参数影响的隧道纵向不同变形阶段的变形值，包括：

采用大型三维数值仿真方法，综合考虑隧道初期支护喷射混凝土和二次衬砌模筑混凝土的时间硬化特性、隧道开挖速度、初期支护施做速度、二次衬砌施做速度及围岩、支护结构的物理力学参数，得到考虑了全参数影响的隧道纵向不同变形阶段的变形值，其中包括：考虑了全参数影响的隧道工程超前段变形值A1、未支护段变形值A2、安全距离段变形值A3和后续阶段变形值A4。

所述的将考虑了隧道变形全参数影响的隧道纵向不同变形阶段的变形值与所述初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值进行比较，根据比较结果确定所述隧道的初期设计方案的合理性，包括：

将所述C1与所述A1进行比较，所述C2与所述A2进行比较，所述C3与所述A3进行比较，所述C4与所述A4进行比较；

如果满足A1≤C1，A2≤C2，A3≤C3，A4≤C4，则确定所述隧道的初期设计方案符合要求；

如果不满足A1≤C1，A2≤C2，A3≤C3，A4≤C4，则将初期设计的各个变形控制值之和与考虑了全参数影响的各个变形值之和进行比较，根据比较结果确定所述隧道的初期设计方案的合理性。

所述的将初期设计的各个变形控制值之和与考虑了全参数影响的各个变形值之和进行比较，根据比较结果确定所述初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值是否满足要求，包括：

如果满足A1+A2+A3+A4≤C1+C2+C3+C4，则确定所述隧道的初期设计方案符合要求；

如果不满足A1+A2+A3+A4≤C1+C2+C3+C4，则确定所述初期设计的隧道纵向不同变形阶段的变形控制值不符合要求，根据各阶段变形特点分析变形超标原因并调整相应的设计参数，重复以上步骤直至隧道的初期设计方案符合要求。