[发明专利]一种岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法

说明书

一种岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法，包括计算围岩径向位移△i、与开挖面距离L以及支护力Pi三者之间的关系曲线③；计算同步注浆体和管片衬砌作为支护结构体系的特征曲线⑥；若围岩稳定且围岩径向位移小于盾构机锥度，则根据关系曲线③和特征曲线⑥的交点得出围岩压力；若围岩稳定且围岩径向位移大于盾构机锥度，则考虑盾构壳体锥度的围岩的特征曲线⑦，根据特征曲线⑦和特征曲线⑥的交点得出围岩压力；若围岩不稳定，则计算断面设置应力释放率下的围岩是否稳定，如果稳定，则按照围岩稳定地层的方法计算围岩压力；如果断面设置应力释放率下的围岩不稳定，则将塑性区围岩作为坍塌体的荷载与围岩形变压力之和作为最终围岩压力。

技术领域

本发明属隧道工程领域，具体涉及一种岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法。

背景技术

盾构法是隧道暗挖施工的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地层中推进，通过盾构外壳和管片支承围岩防止发生坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，依靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，进行管片壁后同步注浆，形成隧道结构的一种机械化施工方法。

当盾构隧道位于深埋岩石地层时，盾构隧道施工过程中管片衬砌脱环后围岩与管片衬砌相互作用决定了最终作用在管片衬砌上的围岩压力，现有的隧道相关规范没有岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法，设计时一般采用《铁路隧道设计规范》(TB 10003-2016)或《公路隧道设计规范》(JTG D70-2-2014)中的围岩压力计算公式，但该规范的计算公式仅适用于矿山法隧道。盾构法隧道在围岩压力方面与矿山法隧道有以下不同点：1)矿山法隧道施工时，支护结构包括初期支护和二次衬砌，初期支护可在围岩开挖后及时施作封闭围岩，并通过调整二次衬砌的支护时机来适应不同条件的围岩，而盾构法隧道由于管片只能在盾尾拼装，盾尾至开挖面的距离一般为1～1.5D(D为管片衬砌外径)，无法及时形成支护；2)矿山法隧道支护结构强度、刚度可以根据实际需要进行调整，盾构法隧道管片衬砌由于预制规格，其强度基本为常数，刚度只能通过同步注浆层进行微量调整；3)当围岩变形量较大时，矿山法隧道可以通过增加开挖边界释放围岩变形，以减少围岩压力，而盾构法隧道可调整的开挖量较小。

目前传统的隧道特征曲线法可解释围岩的弹塑性特性并把支护结构作为弹性结构，包括围岩、支护特征曲线。其中，围岩特征曲线亦称为围岩的支护需求曲线，是洞室周边围岩的径向位移与支护力的关系曲线；支护特征曲线是作用在支护结构上的围岩压力与支护结构外缘所产生的径向位移间的关系曲线。特征曲线法常用于矿山法隧道支护结构设计，由于存在前述不同，特征曲线法并不能直接应用于岩石地层盾构隧道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法，在传统特征曲线法基础上，通过三维数值模拟方法判别围岩开挖后的稳定性状态，并得到围岩的特征曲线和沿隧道纵向变形曲线，根据盾构施工特点修正围岩特性曲线，计算注浆体、管片衬砌和部分围岩共同组成的支护结构体系，根据修正后的特征曲线法确定岩石地层盾构隧道围岩压力。本发明的技术方案如下：

一种岩石地层盾构法隧道围岩压力计算方法，所述方法包括以下步骤：

S1，计算围岩径向位移△i、与开挖面距离L以及支护力Pi三者的关系曲线③；

S2，计算注浆体、管片衬砌和围岩共同组成的支护结构体系的特征曲线⑥；

S3，根据围岩稳定性状态，结合上述得出的关系曲线③和特征曲线⑥计算出最终的围岩压力。

进一步地，S1具体包括：

S11，采用三维数值模拟计算全断面开挖、应力全部释放且无支护条件下断面的围岩径向位移△i与该断面至开挖面距离L的关系曲线①；

S12，根据不同的应力释放率α，采用反转应力释放法对开挖边界面施加支护力Pi，得出支护力Pi与围岩径向位移△i的关系曲线，即围岩的特征曲线②；