-鎖腳錨聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隧道鋼拱架-鎖腳錨管聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述隧道鋼拱 架-鎖腳錨管聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì)分析方法適用于淺埋隧道和偏壓隧道，所述分析設(shè)計(jì)方法包 括以下步驟： 步驟1):建立鋼拱架-鎖腳錨管的力學(xué)分析模型； 步驟2):根據(jù)步驟1)建立的模型，首先確定鋼拱架承受的豎向和側(cè)向分布的圍巖荷 載； 步驟3):根據(jù)步驟2)確定的圍巖荷載，采用力法確定鋼拱架的多余未知力； 步驟4)根據(jù)步驟3)確定的未知力，確定隧道兩側(cè)拱腳的豎向地基荷載、拱腳下沉量和 傳遞給鎖腳錨管端部的荷載； 步驟5)根據(jù)步驟4)確定的隧道兩側(cè)拱腳的豎向地基荷載、拱腳下沉量和傳遞給鎖腳 錨管端部的荷載，對拱腳地基的承載力、拱腳下沉量和鎖腳錨管的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算和評價。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述步驟1)建立的鋼拱架-鎖 腳錨管的力學(xué)分析模型滿足以下條件： A:兩側(cè)拱腳處鎖腳錨管對稱布置，并注水泥漿，鎖腳錨管端部與初支鋼拱架拱腳處牢 固焊接，在鋼拱架拱腳處采用鋼墊板； B:鋼拱架視為支座可移動的彈性固定無鉸拱，分別承受豎向和側(cè)向分布的圍巖荷載；C:鋼拱架拱腳處沿鎖腳錨管橫向的支承反力只能由鎖腳錨管提供，而錨管軸力不起控 制作用，進(jìn)而將鎖腳錨管視為僅橫向受力的彈性地基直梁； D:在鋼拱架拱腳處設(shè)置豎向彈性鏈桿，以考慮拱腳地基對鋼拱架的彈性支承作用。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述未知力包括拱頂截面的彎 矩、拱頂截面的軸力、拱頂截面的剪力、深埋側(cè)拱腳地基反力和淺埋側(cè)拱腳地基反力。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述步驟2)確定鋼拱架承受的 豎向和側(cè)向分布的圍巖荷載，所述鋼拱架承受的豎向分布的圍巖荷載表示為： qh=γnhitq〇=Tnh〇itQh- =TnhrΦ所述鋼拱架承受的側(cè)向圍巖荷載可表示為： θ!=ληhγe2=λη(h+f)γ e/ =λ'ηhrγe2' =λ'η(hr +f)γ 所述η為鋼拱架承擔(dān)的圍巖荷載比例；所述f為開挖高度或拱架高度，單位為m;所述γ為圍巖容重，單位為kN/m3;所述h、h'分別為隧道深埋側(cè)和淺埋側(cè)由拱頂水平至地表的 高度，單位為m;所述1為上臺階開挖寬度，單位為m;所述λ、λ^分別為隧道埋深側(cè)和淺 埋側(cè)的側(cè)壓力系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述多余未知力的確定，以全拱 為基本結(jié)構(gòu)，得出所述多佘未知力關(guān)系式：寸υ μι\ ου μι^所述Xi、Χ2、Χ3、XjPX5分別表示拱頂截面的彎矩、拱頂截面的軸力、拱頂截面的剪力、 深埋側(cè)拱腳地基反力和淺埋側(cè)拱腳地基反力；所述I、KR分別為鋼拱架左右兩側(cè)拱腳基底 的地基反力系數(shù)，單位為N/m3;所述ApAR分別為鋼拱架左右兩側(cè)拱腳與基底地基的接觸面 積，單位為m2;所述δik為拱腳剛性固定時，基本結(jié)構(gòu)在Xk=l作用下，沿未知力Xi方向產(chǎn) 生的變位，其中i、k= 1、2、3,其中δ13=δ31=δ23=δ32= 〇 ;所述Δip為拱腳剛性固定 時，基本結(jié)構(gòu)在圍巖荷載作用下，沿未知力Xi方向產(chǎn)生的變位，其中i= 1、2、3 ;所述β1、 i31R、UpUlR、VpVlR分別為左右拱腳截面處作用有單位力矩時所引起的拱腳處轉(zhuǎn)角、水平位 移和豎向位移；所述βι、02R、ua、u2R、va、v2R分別為左右拱腳截面處作用有單位水平力時 所引起的拱腳處轉(zhuǎn)角、水平位移和豎向位移；所述βρ0;5[!、11;^、113[!、￥ ;^、￥3[!分別為左右拱腳 截面處作用有單位豎向力時所引起的拱腳處轉(zhuǎn)角、水平位移和豎向位移；所述β5、β4、115、 U4、v5、v^別為左右拱腳截面處作用Χ5= 1和Χ4= 1時所引起的拱腳處轉(zhuǎn)角、水平位移和 豎向位移；所述β#、βρΚ、V、upR、ν%、vpR分別為圍巖荷載作用下，基本結(jié)構(gòu)左右拱腳處轉(zhuǎn) 角、水平位移和豎向位移。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述λ、λ'的表示形式為：所述β、分別為深埋測和淺埋側(cè)產(chǎn)生最大推力時的劈裂角；所述Θ。為地面坡坡 角，單位為°，當(dāng)9。=〇°時，可退化為非偏壓情況；所述％為圍巖計(jì)算摩擦角；所述Θ為 巖或土柱兩側(cè)摩擦角單位為° ; 所述λ、λ'不為〇,適用于一般淺埋或偏壓隧道圍巖荷載的計(jì)算；所述λ=λ'= 0,且當(dāng)0。=〇°時，則可適用于超淺埋非偏壓隧道圍巖荷載的計(jì)算。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述地面傾角分兩種情況進(jìn)行 分析： 當(dāng)?shù)孛鎯A角不為零時，即A3ρ不等于〇,為隧道偏壓情況下的計(jì)算，適用于偏壓隧道鎖 腳錨管的設(shè)計(jì)； 當(dāng)?shù)孛鎯A角為零時，即A3ρ= 〇,則可退化為隧道非偏壓情況下的計(jì)算，適用于一般非 偏壓隧道鎖腳錨管的設(shè)計(jì)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，根據(jù)所述步驟4)鋼拱架多余未 知力，確定拱腳豎向地基荷載、拱腳下沉量及遞給鎖腳錨管端部的荷載，包括以下步驟： 步驟4. 1):確定隧道兩側(cè)拱腳的豎向地基荷載： 由拱腳豎向地基反力可知，初支鋼拱架傳遞給兩側(cè)拱腳地基的豎向荷載分別為： ^nauuw jj 所述Nd_為深埋側(cè)拱腳地基的豎向荷載，所述NshallOT為淺埋側(cè)拱腳地基的豎向荷載。 步驟4. 2):確定拱腳下沉量： 按Winkler假定，得兩側(cè)拱腳地基的豎向壓縮變形，即拱腳下沉為：所述深埋側(cè)拱腳的下沉量，所述△shallOT為淺埋側(cè)拱腳的下沉量。 步驟4. 3):確定傳遞給鎖腳錨管端部的荷載。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述步驟4. 3)確定傳遞給鎖腳 錨管的荷載包括以下步驟： 步驟4. 3. 1):首先確定鋼拱架左拱腳截面左側(cè)的彎矩Mp水平力H&和豎向力V&，可分 別表示為：步驟4. 3. 2):確定所述鋼拱架右拱腳截面右側(cè)的彎矩M]R、水平力H]R和豎向力V]R，可分 別表示為： 厶 1J 步驟：4. 3. 3):將!^和V&沿鎖腳錨管橫向進(jìn)行分解，可得淺埋左側(cè)傳遞給鎖腳錨管近 端的橫向荷栽，有所述Μα為左側(cè)鎖腳錨管端部的彎矩，所述Q^為左側(cè)鎖腳錨管端部的剪力。 步驟4. 3. 4):將H]R和V]R沿鎖腳錨管橫向進(jìn)行分解傳遞給深埋右側(cè)鎖腳錨管近端的橫 向荷載可表示為：所述I為右側(cè)鎖腳錨管端部的彎矩，所述Q^為右側(cè)鎖腳錨管端部的剪力。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)計(jì)分析方法，其特征在于，所述步驟7)對獲得的拱腳豎向 地基荷載、拱腳下沉量及遞給鎖腳錨管端部的荷載進(jìn)行驗(yàn)算，超過允許值，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)， 重新計(jì)算、驗(yàn)算，直至滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)算要求： 5. 1)拱腳地基荷載小于地基允許荷載； 5. 2)拱腳下沉量小于允許值； 5.3)鎖腳錨管所受的剪力小于其極限抗剪強(qiáng)度。
【專利摘要】本發(fā)明屬隧道工程領(lǐng)域，尤其涉及一種隧道鋼拱架-鎖腳錨管聯(lián)合支護(hù)的設(shè)計(jì)分析方法，根據(jù)鋼拱架-鎖腳錨管的聯(lián)合承載機(jī)制，分別建立鋼拱架的彈性固定無鉸拱模型和鎖腳錨管的彈性地基梁模型進(jìn)行分析，并且考慮兩者之間的荷載傳遞和變形協(xié)調(diào)，以及拱腳地基對鋼拱架的彈性支承作用；設(shè)計(jì)人員可利用本發(fā)明涉及的設(shè)計(jì)分析方法，確定拱腳地基的荷載、拱腳下沉量和傳遞給鎖腳錨管端部的荷載，進(jìn)而可對拱腳地基承載力、拱腳下沉量和鎖腳錨管的強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算和評價；另外，還可對隧道下臺階開挖對拱腳下沉的影響做出評價，進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)施工。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105260552
【申請?zhí)枴緾N201510701553
【發(fā)明人】陳麗俊, 謝遠(yuǎn)
【申請人】陳麗俊
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月23日