[发明专利]大变形隧道缓冲层支护设计方法

说明书

本申请提供了大变形隧道缓冲层支护设计方法，用于在考虑让压力、让压量以及吸能特性的情况下，提出大变形隧道缓冲层支护具体的构造方案，为变形隧道缓冲层支护设计提供精确有效的数据支持。方法包括：获取目标大变形隧道缓冲层支护对应的二次衬砌结构极限承受力；筛选出让压阶段终止应力小于二次衬砌结构极限承受力的第二候选充填材料；筛选出弹性阶段的吸能量以及让压阶段的吸能量之和取得最大值的目标候选充填材料作为目标大变形隧道缓冲层支护的充填材料；获取目标大变形隧道缓冲层支护的所需让压变形量；根据所需让压变形量以及目标候选充填材料的让压阶段终止应变，确定目标大变形隧道缓冲层支护的厚度。

技术领域

本申请涉及工程领域，具体涉及大变形隧道缓冲层支护设计方法。

背景技术

近年来隧道我国西部地区交通基础设施的建设，穿越高地应力区的软岩隧道越来越多。高地应力的软岩隧道围岩其变形量值大且持续时间长，不仅容易导致施工期的初支结构破坏，还会导致运营期二次衬砌结构的开裂，影响隧道的安全运营。

为了保证运营期二次衬砌结构安全，提出了在初支和二次衬砌之间设置高压缩缓冲层的支护技术，以吸收隧道运营期围岩变形。

而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，对于大变形隧道缓冲层支护如何构造和设计，却还停留在依靠人工经验的层面，在后续的工程工作中发现，当时构造的大变形隧道缓冲层支护的支护效果不稳定、效果较差。

发明内容

本申请提供了大变形隧道缓冲层支护设计方法，用于在考虑让压力、让压量以及吸能特性的情况下，提出大变形隧道缓冲层支护具体的构造方案，为变形隧道缓冲层支护设计提供精确有效的数据支持。

第一方面，本申请提供了一种大变形隧道缓冲层支护设计方法，方法包括：

在确定目标大变形隧道缓冲层支护设计任务后，获取目标大变形隧道缓冲层支护对应的二次衬砌结构极限承受力；

获取通过目标大变形隧道缓冲层支护适配的侧限压缩试验得到的目标大变形隧道缓冲层支护的第一候选充填材料的应力-应变关系曲线，并筛选出让压阶段终止应力小于二次衬砌结构极限承受力的第二候选充填材料，应力-应变关系曲线包括弹性阶段、让压阶段以及压密阶段；

获取第二候选充填材料的弹性阶段的吸能量以及让压阶段的吸能量之和，并筛选出弹性阶段的吸能量以及让压阶段的吸能量之和取得最大值的目标候选充填材料作为目标大变形隧道缓冲层支护的充填材料；

获取目标大变形隧道缓冲层支护的所需让压变形量；

根据所需让压变形量以及目标候选充填材料的让压阶段终止应变，确定目标大变形隧道缓冲层支护的厚度。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第一种可能的实现方式中，获取目标大变形隧道缓冲层支护对应的二次衬砌结构极限承受力，包括：

通过下式计算二次衬砌结构极限承受力p_s：

其中，为二次衬砌混凝土设计抗压强度，t为二次衬砌厚度，R为二次衬砌衬砌外轮廓半径。

结合本申请第一方面，在本申请第一方面第二种可能的实现方式中，获取目标大变形隧道缓冲层支护的所需让压变形量，包括：

通过下式计算所需让压变形量U^F：

U^F＝U^M-U^R

其中，U^M为二次衬砌施工前监测断面隧道最大变形量的平均值，U^R为二次衬砌预留变形空间。