[发明专利]一种隧道支护结构体系协同设计方法及系统

说明书

本发明公开了一种隧道支护结构体系协同设计方法及系统。所述方法及系统根据隧道围岩的超前变形预测值和超前变形量控制标准值进行比较，可以科学地判定出是否采用隧道超前支护，并通过超前支护参数的敏感性分析获得超前支护最优参数解集；根据隧道围岩施工期间最大变形量预测值和隧道最大变形量控制标准值进行对比，可以科学判定出是否采用初期支护，并通过初期支护参数的敏感性分析可以获得初期支护最优参数解集；根据所提出的隧道支护结构体系协同度可以科学地判断所选隧道支护设计方案的优劣，从而实现隧道支护结构体系的协同作用评价，充分发挥支护体系的整体性能，提高了隧道设计的科学性和经济性。

技术领域

本发明涉及隧道支护结构体系设计技术领域，特别是涉及一种隧道支护结构体系协同设计方法及系统。

背景技术

截止到2017年底，我国已建成运营的铁路隧道12.7万公里，其中高铁隧道2.5万公里，此外还有大量的公路隧道以及城市地下空间开发工程等，可以说，我国已成为名副其实的隧道及地下工程大国。然而，鉴于隧道及地下工程学科的实践性特点，对工程经验的依赖较多，目前我国尚未形成系统理论与技术体系，这一方面是由于我国地质条件及其力学行为的极其复杂性，另一方面也说明隧道建造理论严重滞后于工程实践。

隧道支护结构体系是保证隧道围岩稳定性的基本要求，随着新奥法的提出和应用，以调动围岩承载为核心的支护设计理念已形成广泛共识。但由于我国隧道围岩条件差异性极大，针对具体工程设计中的支护时机选择、支护参数确定以及支护可靠性评价等问题尚存在诸多困惑，使得隧道工程的定量化设计步履维艰。

在现行的隧道设计规范中，主要依靠工程经验确定超前支护、锚固支护以及初期支护方案和参数，将上述支护形式均视为临时支护进行设计，而将二次衬砌作为主承载结构对其进行检算，在校核时则不考虑前述施作的预支护和初期支护的作用，显然这与事实是严重不符的。现有隧道支护结构体系的设计方法主观性强、科学性差，或因过分强调安全而造成材料浪费，或因过于经济而使得工程偏于危险。

发明内容

本发明的目的是提供一种隧道支护结构体系协同设计方法及系统，结合施工程序依次确定隧道支护结构体系参数，从而降低隧道支护设计的主观性，提高其科学性，同时可避免材料浪费，消除因设计不合理造成的隧道施工安全隐患。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种隧道支护结构体系协同设计方法，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；

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；