一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法与流程

技术特征：

1.一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，建立隧洞的三维数值模型，按合理开挖进尺逐步开挖，记录随着开挖面推进隧洞围岩监测断面典型位置位移值的变化情况；

步骤2，基于位移完成率的概念，对围岩纵断面变形曲线公式进行拟合，建立三维计算模型中隧洞监测点围岩位移完成率λ与开挖面推进距离x间的函数关系；

步骤3，依据建立的隧洞三维计算模型，采用基于广义虚拟支撑力法的一次挖除方案模拟隧洞开挖，开挖荷载逐步释放，记录开挖荷载释放过程中围岩监测点位移的变化情况，以位移增量突变处作为初次支护时机的判断依据，确定此时开挖荷载释放率所对应的围岩位移完成率λ_s；

步骤4，将通过步骤3确定的进行初次支护时的围岩位移完成率λ_s回代入步骤二中拟合得到的围岩纵断面变形曲线公式，计算得到初次支护时，支护的施加位置落后或超前于开挖面的距离x。

2.如权利要求1所述的一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法，其特征在于：所述的步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2.1，三维数值模型的围岩位移完成率λ采用公式(1)

λ(z,p)＝u(z,p)/u(∞,p) (1)

式中，z是开挖面与监测断面的距离，监测断面前后取7倍以上洞径即可满足要求；u(z,p)是监测点p在开挖面距离监测断面为z时的位移值；u(∞,p)是监测点p在开挖面距离监测断面无穷远时的位移值；

步骤2.2，建立围岩位移完成率λ与开挖面到监测断面的距离之间的关系，依据公式(2)进行围岩纵断面变形曲线的拟合，确定参数λ₀和X；

$\mathrm{\λ}=\left\{\begin{array}{cc}(1-{\mathrm{\λ}}_0)(1-e^{-\frac{(1-{\mathrm{\λ}}_0)x}{X}})+{\mathrm{\λ}}_0& x\≥0\\ {\mathrm{\λ}}_0{e}^{\frac{{\mathrm{\λ}}_{0}x}{X_1}}& x\<0\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，λ为围岩位移完成率；x是开挖面与监测断面的距离；λ₀是开挖面到达监测断面时围岩位移完成率；X为常数，

3.如权利要求1所述的一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法，其特征在于：所述的步骤3依据建立的隧洞三维计算模型，采用基于广义虚拟支撑力法的一次挖除方案模拟隧洞开挖，将围岩开挖荷载等分，如分成10份，每份10％逐步施加在开挖边界上，记录开挖荷载释放过程中围岩监测点位移的变化情况，计算监测点的位移增量，围岩位移增量采用公式(3)表示：

Δu(r)＝u(r)-u(r-10％) (3)

式中，u(r)是监测点在开挖荷载释放率为r时的位移；Δu(r)是监测点位移增量；

以位移增量突变处的开挖荷载释放率r₀作为施加初次支护的时机，确定此时开挖荷载释放率r₀所对应的围岩位移完成率λ_s。

4.如权利要求1所述的一种基于隧洞围岩纵向变形曲线的初次支护时机计算方法，其特征在于：所述的步骤4具体为将步骤3中确定进行初次支护时的围岩位移完成率λ_s代入步骤2中拟合得到的围岩纵断面变形曲线变形公式，即公式(3)：

$x=\left\{\begin{array}{cc}\frac{X}{1-{\mathrm{\λ}}_0}ln\left(\frac{1-{\mathrm{\λ}}_0}{1-\mathrm{\λ}}\right)& \mathrm{\λ}\≥{\mathrm{\λ}}_0\\ \frac{X}{1-{\mathrm{\λ}}_0}ln\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}& \mathrm{\λ}\<{\mathrm{\λ}}_0\end{array}\right.---\left(3\right)$

计算得到初次支护时，支护的施加位置落后或超前开挖面的距离x。