[发明专利]隧道结构的设计方法

说明书

本申请提供了一种隧道结构的设计方法，涉及隧道构造领域。该方法包括：确定架设空间的基本载荷情况，基本载荷情况用于指示架设空间的竖向载荷情况和水平载荷情况，基本载荷情况与架设空间的围岩等级以及隧道埋深情况对应；基于基本载荷情况以及预设分担比例，确定初期支护结构的架设厚度，预设分担比例为大于要求比例条件的比例值，要求比例条件用于指示以满载分担情况对初期支护结构进行架设；基于初期支护结构以及架设空间的结构内力条件，在初期支护结构的基础上架设二次衬砌结构，得到在所架设空间内的隧道结构。利用初期支护结构全部承担围岩荷载压力，降低二次衬砌结构混凝土厚度，降低隧道衬砌整体刚度，减少地震时对隧道结构的损害。

技术领域

本申请涉及隧道构造领域，特别涉及了一种隧道结构的设计方法。

背景技术

钻爆法隧道是公路、铁路、油气输送管道等工程穿越山岭、克服高差的经济而有效的方法，在国内外相应工程被广泛应用。而在20世纪全球发生过许多地震,对地下结构造成了不同程度的损害,从而为深入研究隧道震害机理提供了大量必要而宝贵的资料。

目前的相关隧道设计规范中，对于7度及以下的隧道仅要求对埋深较浅的进、出洞口段进行抗震结构验算。而对于8度、9度地震区，不仅洞口浅埋段进行抗震结构计算，对于深埋的断层破碎带、软弱大变形等不良地质地段也要进行结构抗震计算。

结构的地震力是结构验算的主要荷载，如果按照目前的结构计算方法，高烈度地震区仍由二次衬砌结构独立承担，只是增加隧道二次衬砌结构的厚度来满足结构抗震要求，但从上述的地震影响因素来看，隧道衬砌厚度大，其刚度大，受震害影响反而更大，对隧道结构的抗震效果更加不利，同时用增加二次衬砌的厚度来支撑抗震，一定程度上增加了工程投资。

发明内容

本申请实施例提供了一种隧道结构的设计方法，在隧道结构设计时，调整初期支护结构和二次衬砌结构的荷载分担比例，初期支护结构承担全部围岩荷载，实现初期支护结构和二期衬砌结构联合抗震的效果，有效节省了工程投资，一定程度上降低了地震时对隧道结构的损害。该技术方案如下：

根据本申请的一个方面，提供了一种隧道结构的设计方法，该方法包括：

确定架设空间的基本载荷情况，所述基本载荷情况用于指示所述架设空间的竖向载荷情况和水平载荷情况，所述基本载荷情况与所述架设空间的围岩等级以及隧道埋深情况对应，所述围岩等级用于指示所述架设空间为Ⅴ级或Ⅴ级以上围岩；

基于所述基本载荷情况以及预设分担比例，确定初期支护结构的架设厚度，所述预设分担比例为大于要求比例条件的比例值，所述要求比例条件用于指示以满载分担情况对所述初期支护结构进行架设；

基于所述初期支护结构以及所述架设空间的结构内力条件，在所述初期支护结构的基础上架设二次衬砌结构，得到在所述架设空间内的隧道结构。

在一个可选的实施例中，所述基于所述基本载荷情况以及预设分担比例，确定初期支护结构的架设厚度，包括：

确定所述架构空间的围岩容重、永久载荷系数和围岩塌落体高度；基于所述围岩容重、所述永久载荷系数和所述围岩塌落体高度的乘积确定所述竖向载荷情况；

基于所述竖向载荷情况确定上部侧向压力和下部侧向压力；

将所述竖向载荷情况、所述上部侧向压力和所述下部侧向压力按照所述预设分担比例，作用在所述架设空间上，得到所述初期支护的所述架设厚度，所述架设厚度中包括内侧保护层厚度、外侧保护层厚度、第一喷射混凝土厚度以及第一喷射混凝土强度等级。

在一个可选的实施例中，所述基于所述围岩容重、所述永久载荷系数和所述围岩塌落体高度的乘积确定所述竖向载荷情况之前，还包括：

确定第一预设参数经过目标幂运算的第一数值，以及所述第一数值与第二预设参数的乘积，作为所述围岩塌落体高度，所述目标幂的数值与所述围岩等级对应。