[发明专利]一种隧道支护结构体系协同设计方法及系统

权利要求书

1.一种隧道支护结构体系协同设计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取隧道开挖面的超前变形量预测值和超前变形量控制标准值；

根据所述超前变形量预测值和超前变形量控制标准值判断隧道开挖过程中是否需要施作超前支护，获得第一判断结果；

若所述第一判断结果为隧道开挖过程中需要施作超前支护，根据超前支护参数的敏感性分析结果确定超前支护参数最优解集；

根据所述超前支护参数最优解集对隧道施工期间围岩的最大变形量进行预测，获得围岩变形量预测值；

根据所述围岩变形量预测值和围岩变形量控制标准值判断隧道围岩施工期间是否需要施作初期支护，获得第二判断结果；

若所述第二判断结果为隧道围岩施工期间需要施作初期支护，根据初期支护体系确定初期支护参数最优解集；所述初期支护体系为钢架和喷射混凝土配合锚固体系组成的隧道支护结构体系；所述初期支护参数最优解集包括支护时机最优值、喷射混凝土支护刚度最优值以及钢架支护刚度最优值；

根据所述超前支护参数最优解集和所述初期支护参数最优解集计算隧道支护结构体系的协同度，具体包括：

采用公式计算所述隧道支护结构体系的协同度；其中E(ξ)表示隧道支护结构体系中各支护构件强度利用率的加权平均值；D(ξ)表示隧道支护结构体系中各支护构件使用效率的一致性；n表示隧道支护结构体系中各种支护形式的数量；ω_i为第i种支护形式的权重值；ξ_i为第i种构件的性能利用率；

根据所述协同度判断围岩变形是否影响隧道运营，获得第三判断结果；

若所述第三判断结果为围岩变形影响隧道运营，根据支护时机确定二次衬砌参数最优解集；所述二次衬砌参数最优解集包括二次衬砌厚度最优值；

根据所述超前支护参数最优解集、所述初期支护参数最优解集和所述二次衬砌参数最优解集确定隧道支护结构体系的结构参数；所述隧道支护结构体系包括超前支护、初期支护和二次衬砌。

2.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系协同设计方法，其特征在于，所述根据所述超前变形量预测值和超前变形量控制标准值判断隧道开挖过程中是否需要施作超前支护，获得第一判断结果，具体包括：

判断所述超前变形量预测值是否小于所述超前变形量控制标准值；

若所述超前变形量预测值小于所述超前变形量控制标准值，则所述第一判断结果为隧道开挖过程中不需要施作超前支护；

若所述超前变形量预测值不小于所述超前变形量控制标准值，则所述第一判断结果为隧道开挖过程中需要施作超前支护。

3.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系协同设计方法，其特征在于，所述根据超前支护参数的敏感性分析结果确定超前支护参数最优解集，具体包括：

获取所述超前支护参数的波动范围；

将所述超前支护参数在其波动范围内变化，确定超前支护参数的不同取值对围岩变形量的影响；

确定对所述围岩变形量影响最小的超前支护参数值作为所述超前支护参数最优解集。

4.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系协同设计方法，其特征在于，所述根据所述围岩变形量预测值和围岩变形量控制标准值判断隧道围岩施工期间是否需要施作初期支护，获得第二判断结果，具体包括：

判断所述围岩变形量预测值是否小于所述围岩变形量控制标准值；

若所述围岩变形量预测值小于所述围岩变形量控制标准值，则所述第二判断结果为隧道围岩施工期间不需要施作初期支护；

若所述围岩变形量预测值不小于所述围岩变形量控制标准值，则所述第二判断结果为隧道围岩施工期间需要施作初期支护。

5.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系协同设计方法，其特征在于，所述根据初期支护体系确定初期支护参数最优解集，具体包括：

获取所述初期支护体系中初期支护参数的波动范围；所述初期支护参数包括支护时机、喷射混凝土支护刚度以及钢架支护刚度；

将所述初期支护参数在其波动范围内变化，确定所述初期支护参数的不同取值对围岩变形量的影响；

确定对围岩变形量影响最小的初期支护参数值作为所述初期支护参数最优解集；所述初期支护参数最优解集包括支护时机最优值、喷射混凝土支护刚度最优值以及钢架支护刚度最优值。