[发明专利]一种管棚加固区最优厚度计算方法

权利要求书

1.一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1、通过管棚的安装情况确定浆液最小扩散半径和管棚加固区最小厚度；

步骤2、设计多个管棚支护方案，在有限元软件中建立相应管棚加固区厚度的有限元计算模型，输入土体参数进行有限元计算；

步骤3、以有限元计算模型中拱顶最大变形量作为承载力极限状态评判标准，与设计允许最大变形量进行对比，筛选出符合要求的方案；

步骤4、以有限元计算模型中拱顶最大横纵变形比作为正常使用极限状态评判标准，从符合要求方案中选出拱顶最大横纵变形比最小的方案作为最优方案，其对应管棚加固区厚度为最优管棚加固区厚度，进而计算得到相应的浆液扩散半径；

所述的步骤1中，根据管棚的安装位置利用公式(1)和公式(2)分别计算浆液最小扩散半径r_min和管棚加固区最小厚度h_min；

式中：D：注浆钢管安装间距；α：注浆钢管安装角度；L：注浆钢管长度；r：浆液扩散半径；h：管棚加固区厚度。

2.如权利要求1所述的一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：所述的步骤2中，根据加固区最小厚度h_min设计N组管棚支护方案，每组支护方案选取不同管棚加固区厚度，将各方案管棚加固区厚度记为h₁，h₂，……，h_N。

3.如权利要求2所述的一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：所述的步骤2中，根据各支护方案选取的管棚加固区厚度在有限元软件Midas GTS NX中建立相应的有限元计算模型，输入土体参数进行有限元计算，得到所对应的拱顶最大变形量s₁,s₂,……,s_N；拱顶最大横向变形、最大纵向变形分别记为s_x1，s_x2，……，s_xN；s_y1，s_y2，……，s_yN。

4.如权利要求3所述的一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：所述的步骤3中，根据《铁路隧道设计规范TB 10003-2016》确定设计允许变形量s₀，若s_i＜s₀，(i＝1，2，…，N)则称第i组管棚支护方案为符合设计要求的管棚支护方案，如此反复判断共筛选出m组符合设计要求的管棚支护方案，筛选出的管棚支护方案对应的管棚加固区厚度记为g₁、g₂、……、g_m，对应的拱顶最大变形量记为d₁、d₂、……、d_m，对应的拱顶最大横向变形、最大纵向变形分别记为d_x1、d_x2、……、d_xm和d_y1、d_y2、……、d_ym。

5.如权利要求4所述的一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：所述的步骤4中，计算筛选出的管棚支护方案对应的拱顶最大横纵变形比δ_i＝d_xi/d_yi，(i＝1，2，…，m)，利用g_i，δ_i，i＝1，2，……，m；绘制拱顶最大横纵变形比随管棚加固区厚度变化曲线，根据最小拱顶最大横纵变形比查询曲线确定最优加固区厚度h₀。

6.如权利要求5所述的一种管棚加固区最优厚度计算方法，其特征为：所述的步骤4中，通过公式(3)计算最优管棚加固区厚度对应的浆液扩散半径r₀：