[发明专利]一种隧道支护结构体系刚度的设计方法及系统

权利要求书

1.一种隧道支护结构体系刚度的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

依据变形位置与隧道开挖方向和隧道掌子面的关系，将围岩变形划分为初始变形阶段、急剧变形阶段、缓慢变形阶段和变形稳定阶段四个阶段；

利用围岩稳定要求与支护结构安全性要求分别计算四个阶段的围岩标准形变量；

按照所述四个阶段的围岩标准形变量初步设计各个阶段的支护结构体系刚度值，使各个阶段的围岩实际变形量等于对应阶段的所述围岩标准形变量；

实时计算支护强度平均利用率和支护强度利用率方差；

根据所述支护强度平均利用率和支护强度利用率方差的预设条件调整所述支护结构的刚度值。

2.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系刚度的设计方法，其特征在于，所述依据变形位置与隧道开挖方向和隧道掌子面的关系，将围岩变形划分为初始变形阶段、急剧变形阶段、缓慢变形阶段和变形稳定阶段四个阶段之前，还包括：

采集现场监测数据；

分析所述现场监测数据预测围岩最大形变量；

根据深层围岩结构层稳定条件确定围岩标准形变量；

比较所述围岩最大形变量与所述围岩标准形变量，若所述围岩最大形变量大于所述围岩标准形变量，则判定需要施加支护，否则，不需要施加支护；

所述围岩标准形变量为：

其中，△H为围岩标准形变量，A＝q_yL/2，d为结构层截面厚度，E为结构层弹性模量，q_y为结构层上部竖向荷载，λ为侧压力系数，L为围岩上部结构层跨度，H为上部结构层高度，σ_c为拱脚处岩体单轴抗压强度。

3.根据权利要求1所述的隧道支护结构体系刚度的设计方法，其特征在于，以隧道掌子面为坐标原点，隧道直径为单位长度D，隧道开挖方向的反方向为x轴正方向建立直线坐标系，所述初始变形阶段、急剧变形阶段、缓慢变形阶段和变形稳定阶段四个阶段的分布为：

所述初始变形阶段分布于[-3D～-D]的范围内，所述初始变形阶段施加的支护为超前支护；

所述急剧变形阶段分布于[-D～D]的范围内，所述急剧变形阶段施加的支护为在所述超前支护的基础上施加的锚固支护；

所述缓慢变形阶段分布于[D～3D]的范围内，所述缓慢变形阶段施加的支护为在所述超前支护和锚固支护的基础上施加的初期支护；

所述变形稳定阶段分布于大于3D的范围内，所述变形稳定阶段施加的支护为在所述超前支护、锚固支护和初期支护的基础上施加的二次衬砌。