隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法與流程

本發明屬于鐵路工程建設技術領域，特別涉及一種昔格達組地層軟弱圍巖隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法，以提高隧道施工的安全性。

背景技術：

在現代經濟高速發展的大環境下，伴隨著西部開發力度逐漸加大，鐵路交通建設必將先行。我國鐵路隧道將穿越艱險地質復雜山區，當隧道穿越昔格達組地層等軟弱圍巖時，施工過程中初期支護下沉變形較大，當初期支護仰拱(鋼架+噴混凝土)封閉，即初期支護閉合成環后變形才能穩定。我國規范中要求軟弱圍巖隧道施工中，初期支護仰拱封閉位置距離掌子面不得大于35m，因此隧道施工中要及時的封閉初期支護。及時封閉仰拱能有效的控制初期支護的下沉，近年來初期支護的下沉與仰拱封閉時機的關系研究越來越受到相關學者、設計及施工人員的重視。昔格達組具有遇水軟化易變形，結構破壞而喪失強度的特點，如果初期支護剛度不足，易造成初期支護產生較大位移而侵限，造成處理措施費用增加，影響工期等不良后果。

目前，對軟巖隧道初期支護大變形的處理措施、被動監控量測較多，欠缺對軟弱圍巖隧道初期支護下沉量主動預測方法的研究，也沒有預測初期支護沉降的方法。這對軟弱圍巖地層初期支護的設計與加固帶來了較大困難，經常發生由于初期支護下沉量過大，導致須對其進行侵限拆換的麻煩，必將對軟弱圍巖隧道施工的可靠性和安全性產生重大影響。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法，以較準確的預測初期支護的沉降量，為初期支護預留變形量設計提供科學依據，確保隧道安全通過昔格達組地層等軟弱圍巖地段。

本發明解決上述技術問題的采取的技術方案如下：

本發明一種隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法，包括如下步驟：

1、獲取隧道建設參數，包括隧道跨度b；

2、在初期支護頂部布置位移測點，監測初期支護下沉量u；

3、記錄仰拱距離掌子面的距離x。

4、通過監測數據分析，擬合初期支護下沉量與仰拱封閉距離的關系式為：

u＝ae^(x/2b)+b

式中：a，b為擬合系數，e為自然常數。

本發明的有益效果是，本發明通過仰拱封閉與隧道掌子面的距離，預判初期支護下沉量的方法，可以較準確的預測初期支護的沉降量，為初期支護預留變形量設計提供科學依據，加強了隧道通過昔格達組地層等軟弱圍巖的安全可靠性，最大可能地實現了經濟、合理、安全、高效、減少損失。

附圖說明

本說明包括如下兩幅圖：

圖1是初期支護位移隨時間變化監測數據圖

圖2初期支護位移與仰拱封閉距離擬合曲線

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體的描述。

本發明一種隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法，包括如下步驟：

1、獲取隧道建設參數，包括隧道跨度b；

2、在初期支護頂部布置位移測點，監測初期支護下沉量u；

3、記錄仰拱距離掌子面的距離x。

4、通過監測數據分析，擬合初期支護下沉量與仰拱封閉距離的關系式為：

u＝ae^(x/2b)+b

式中：a，b為擬合系數，e為自然常數(約為2.718)

施工過程中，隧道在施工初期由于針對某一種軟弱地層，究竟需要對初期支護預留多少沉降量并不確定，故往往先預留較大的量值，以免發生侵限病害。然后通過大量實測沉降數據與仰拱封閉距離關系，對這些數據進行擬合，可以得到a,b擬合系數值。在后續施工中可根據現場仰拱封閉距離直接計算出下沉量值，使施工控制變被動為主動。

以一在建時速160km/h的雙線隧道為例，該隧道設計參數為：采用直線段標準斷面，無加寬，隧道跨度12.96m。

如圖1，在施工期間布置初期支護拱頂位移沉降測點，監測初期支護下沉量u(mm)，仰拱封閉距離為30m時，初支沉降量為18.08mm。

如圖2，記錄仰拱距離掌子面的距離x(m)，與初期支護下沉量的對應關系。

根據掌子面距離x與初期支護下沉量的對應關系可得擬合系數a、b，由此得出，通過監測數據分析，擬合初期支護下沉量與仰拱封閉距離的關系為：u＝28.8e^(x/2b)-29.4。

以上所述只是用圖解說明本發明隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法的一些原理，并非是要將本發明局限在所示和所述的具體結構和適用范圍內，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬于本發明所申請的專利范圍。

技術特征：

技術總結
隧道初期支護下沉和仰拱封閉距離的預判方法，以較準確的預測初期支護的沉降量，為初期支護預留變形量設計提供科學依據，確保隧道安全通過昔格達組地層等軟弱圍巖地段。包括如下步驟：獲取隧道建設參數，包括隧道跨度B；在初期支護頂部布置位移測點，監測初期支護下沉量u；記錄仰拱距離掌子面的距離x；通過監測數據分析，擬合初期支護下沉量與仰拱封閉距離的關系式為：u＝ae(x/2B)+b。

技術研發人員：楊建民;王志杰;張涵;余大龍;舒東利;李煜川;王磊;岳磊;楊波;周志民
受保護的技術使用者：中鐵二院工程集團有限責任公司
技術研發日：2017.04.14
技術公布日：2017.10.20