[发明专利]一种管棚加固区最优厚度计算方法

说明书

一种管棚加固区最优厚度计算方法，涉及安全风险评估技术领域，包括如下步骤：步骤1、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，建立有限元计算模型；步骤3、以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、以拱顶最大横纵变形比作为正常使用极限状态评判标准，选出最优方案，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。本发明将管棚加固区厚度和浆液扩散半径相关联，考虑隧道承载力极限状态和正常使用极限状态，来确定管棚加固区最优厚度，进而求得浆液扩散半径。

技术领域

本发明涉及安全风险评估技术领域，具体涉及一种管棚加固区最优厚度计算方法。

背景技术

在软弱围岩尤其是砂卵岩层中修建隧道时，由于岩土体粘聚力非常低、整体性差，存在较大的开挖时隧道坍塌的安全隐患。对此，选择施作管棚进行注浆预加固岩土体是一种非常有效的防护措施，可以有效保证隧道后续开挖时围岩的相对稳定，减少安全隐患。

对于确定管棚注浆参数例如浆液扩散半径，现有设计多参考以往成功案例，并且结合现场监测调整注浆参数，没有一种有效的预估方法；对于管棚注浆加固的效果，现在多研究其加固区岩土参数的影响，较少考虑到管棚加固区厚度对加固效果的影响，并且对于管棚注浆加固形成的加固区厚度一般需要施工后钻孔、取样测得，存在很大不确定性，无法确定是否达到安全厚度。这就需要一种可以确定管棚注浆加固区最优厚度并预估管棚注浆浆液扩散半径的方法。

发明内容

为了解决这些问题，本发明提出了一种管棚加固区最优厚度计算方法，该方法将管棚加固区厚度和浆液扩散半径相关联，考虑隧道承载力极限状态和正常使用极限状态，来确定管棚加固区最优厚度，进而求得浆液扩散半径。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种管棚加固区最优厚度计算方法，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。

优选的，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。

优选的，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。