锚喷主动支护参数确定方法及装置与流程

本发明涉及隧道工程支护设计，尤其涉及锚喷主动支护参数确定方法及装置。

背景技术：

1、本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

2、喷锚支护一般是指通过高压喷射水泥混凝土和向岩层中打入锚杆的联合作用来加固围岩，在复杂地层条件下，如何保证隧道安全施工并在设计服务年限内安全运营，是建造者和设计者必须考虑的首要问题。

3、锚喷支护作为隧道工程中常用的支护措施，对工程经验的依赖程度高，设计相对比较保守，一般依赖于工程人员实际场地操作反馈、调整支护设计，同时相关从业人员对安全风险的预判不足，对安全事故形成的机理缺乏深刻的认识导致近年来隧道施工过程中安全事故频发。

4、现有技术中存在少量的锚喷主动支护设计方法，例如在得到塑性区半径及边界几何特征指标的基础之上，以塑性区半径大小为主要指标进行巷道围岩分类，从而对不同类别的围岩进行针对性的支护参数设计，又如，预先设定围岩变形控制基准，调整锚喷支护参数，以满足预先设定的围岩变形控制基准的要求。但是，现有的锚喷主动支护设计方法仅针对锚杆支护进行设计，缺乏全面的锚喷主动支护方法，仍然需要人工经验接入，理论依据不足，总体来说，目前与隧道工程建造相关的完整理论体系尚未形成，锚喷主动支护设计准确度不足，效率较低。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种锚喷主动支护参数确定方法，用以为全面的锚喷支护提供理论主动支护指导，摆脱对工程经验的依赖，提高锚喷主动支护设计准确度和效率，该方法包括：

2、利用围岩塑性区和围岩弹性区交界处的应力连续边界条件、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算围岩塑性区半径的第一公式；

3、根据胡克定律、围岩应力应变关系、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算锚喷支护后围岩塑性区半径处径向位移的第二公式；

4、根据围岩塑性变形时体积不变规律，利用第一公式、第二公式和隧道半径，确定锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式；

5、根据隧道支护前的围岩力学参数，确定初始的锚喷支护参数；所述锚喷支护参数包括锚杆支护参数、混凝土支护参数；

6、重复执行如下步骤，直至隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值的差异小于阈值，输出锚喷支护参数：

7、根据初始的锚喷支护参数，确定锚喷支护作用时加固范围的附加应力；

8、根据应力和围岩力学参数的对应关系，利用锚喷支护作用时加固范围的附加应力，确定锚喷支护后的围岩力学参数；所述应力和围岩力学参数的对应关系，是对岩石的三轴力学测试数据分析得到的；

9、将锚喷支护后的围岩力学参数输入锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式，得到隧道洞周径向位移值；

10、将隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值进行比较；其中，预设围岩变形控制值根据初始的锚喷支护参数确定；

11、当隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值的差异大于阈值，调整初始的锚喷支护参数。

12、本发明实施例还提供一种锚喷主动支护参数确定装置，用以为全面的锚喷支护提供理论主动支护指导，摆脱对工程经验的依赖，提高锚喷主动支护设计准确度和效率，该装置包括：

13、围岩塑性区半径计算公式确定模块，用于利用围岩塑性区和围岩弹性区交界处的应力连续边界条件、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算围岩塑性区半径的第一公式；

14、围岩塑性区半径处径向位移计算公式确定模块，用于根据胡克定律、围岩应力应变关系、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算锚喷支护后围岩塑性区半径处径向位移的第二公式；

15、隧道洞周径向位移计算公式确定模块，用于根据围岩塑性变形时体积不变规律，利用第一公式、第二公式和隧道半径，确定锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式；

16、锚喷支护参数确定模块，用于根据隧道支护前的围岩力学参数，确定初始的锚喷支护参数；所述锚喷支护参数包括锚杆支护参数、混凝土支护参数；

17、重复执行如下步骤，直至隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值的差异小于阈值，输出锚喷支护参数：

18、根据初始的锚喷支护参数，确定锚喷支护作用时加固范围的附加应力；

19、根据应力和围岩力学参数的对应关系，利用锚喷支护作用时加固范围的附加应力，确定锚喷支护后的围岩力学参数；所述应力和围岩力学参数的对应关系，是对岩石的三轴力学测试数据分析得到的；

20、将锚喷支护后的围岩力学参数输入锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式，得到隧道洞周径向位移值；

21、将隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值进行比较；其中，预设围岩变形控制值根据初始的锚喷支护参数确定；

22、当隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值的差异大于阈值，调整初始的锚喷支护参数。

23、本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述锚喷主动支护参数确定方法。

24、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述锚喷主动支护参数确定方法。

25、本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述锚喷主动支护参数确定方法。

26、本发明实施例中，利用围岩塑性区和围岩弹性区交界处的应力连续边界条件、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式、胡克定律、围岩应力应变关系、围岩塑性变形时体积不变规律，确定锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式；本发明实施例中锚喷主动支护设计全面考虑了预应力锚杆支护和喷射混凝土支护，通过锚喷主动支护设计阶段的初始的锚喷支护参数和隧道洞周径向位移计算公式确定了隧道洞周径向位移值，将隧道洞周径向位移值与预设围岩变形控制值进行比较，直至隧道洞周径向位移值小于等于预设围岩变形控制值，输出最终的锚喷支护参数。本发明实施例全面考虑了预应力锚杆支护和喷射混凝土支护，为全面的锚喷支护提供理论主动支护指导，摆脱了对工程经验的依赖，提供了锚喷主动支护设计新思路，其中，预设围岩变形控制值根据初始锚喷支护参数确定，进一步提高了锚喷主动支护设计准确度和效率。

技术特征：

1.一种锚喷主动支护参数确定方法，其特征在于，包括：

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述围岩塑性变形时体积不变规律以如下公式表示：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一公式包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据胡克定律、围岩应力应变关系、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算锚喷支护后围岩塑性区半径处径向位移的第二公式，包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据胡克定律、围岩应力应变关系、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算锚喷支护后围岩塑性区半径处径向位移的第二公式，包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据胡克定律、围岩应力应变关系、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式，确定用于计算锚喷支护后围岩塑性区半径处径向位移的第二公式，包括：

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据初始的锚喷支护参数，确定锚喷支护作用时加固范围的附加应力，包括：

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设围岩变形控制值按如下方式，根据初始的锚喷支护参数确定：

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据初始的锚喷支护参数，确定锚杆极限变形值，包括：

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据初始的锚喷支护参数，确定混凝土支护后围岩变形理论值，包括：

11.一种锚喷主动支护参数确定装置，其特征在于，包括：

12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述围岩塑性变形时体积不变规律以如下公式表示：

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一公式包括：

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述围岩塑性区半径处径向位移计算公式确定模块，具体用于：

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述围岩塑性区半径处径向位移计算公式确定模块，具体用于：

16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述围岩塑性区半径处径向位移计算公式确定模块，具体用于：

17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述锚喷支护参数确定模块，具体用于：

18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述预设围岩变形控制值按如下方式，根据初始的锚喷支护参数确定：

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述锚喷支护参数确定模块，具体用于：

20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述锚喷支护参数确定模块，具体用于：

21.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至10任一所述方法。

22.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任一所述方法。

23.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任一所述方法。

技术总结
本发明公开了一种锚喷主动支护参数确定方法及装置，涉及隧道工程支护设计技术领域，其中该方法包括：利用围岩塑性区和围岩弹性区交界处的应力连续边界条件、围岩弹性区拉梅应力公式、硐室理论中围岩塑性区应力公式、胡克定律、围岩应力应变关系、围岩塑性变形时体积不变规律，确定锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式；根据隧道支护前的围岩力学参数，确定初始的锚喷支护参数；所述锚喷支护参数包括锚杆支护参数、混凝土支护参数；根据初始的锚喷支护参数、和锚喷支护后隧道洞周径向位移计算公式，确定最终的锚喷支护参数。本发明可以实现锚喷支护量化设计，提高锚喷主动支护设计的准确度、可靠性。

技术研发人员：田四明,刘大刚,李巍,王明年,张艺腾,王伟,黎旭,霍建勋
受保护的技术使用者：中国铁路经济规划研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14