以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法；在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期支护作为复合式衬砌的主要承载结构；初期支护为主要承载结构的支护结构可采用荷载—结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。以初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬砌设计，充分发挥初期支护的作用，提高了隧道结构质量，加快了施工进度。
【专利说明】
从初期支护为主要承载结构的复合式衬棚设计方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种山岭隧道的复合式衬搁技术，尤其设及一种W初期支护为主要承 载结构的复合式衬搁设计方法。
【背景技术】
[0002] 复合式衬搁已经成为山岭隧道的主要衬搁结构类型，然而由于地下工程的复杂 性，到目前为止世界各国采用的复合式衬搁结构设计方法各不相同，我国不同行业规范的 要求也不相同。究竟初期支护在施工期间和运营期间究竟发挥多大作用，承担多少荷载?通 过增加二次衬搁的厚度能提供多少安全储备?运些问题一直困扰着隧道设计者，使得设计 者难W在纵观全局的基础上确定出经济合理的设计方案。
[0003] 目前专口针对喷混凝±初期支护耐久性的研究还很少，我国铁路有关规范也仅对 二次衬搁的耐久性提出了具体要求；
[0004] 目前初期支护的设计方法W工程类比为主，辅W地层一结构模型进行计算。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种隧道结构质量高、施工进度快的W初期支护为主要承载 结构的复合式衬搁设计方法。
[0006] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0007] 本发明的W初期支护为主要承载结构的复合式衬搁设计方法，包括初期支护的适 用性判别、初期支护设计方法和二次衬搁设计方法；
[000引所述初期支护主要由错杆、喷射混凝±、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用 性判别包括:在地下水的抑值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2M化的环境， 采用初期支护作为复合式衬搁的主要承载结构；
[0009] 所述初期支护的设计方法包括:采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和 理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷 载一结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；
[0010] 所述二次衬搁设计方法包括:所述二次衬搁仅仅作为安全储备，承担由于初期支 护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。
[0011] 由上述本发明提供的技术方案可W看出，本发明实施例提供的W初期支护为主要 承载结构的复合式衬搁设计方法，W初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬搁设计， 充分发挥初期支护的作用，提高了隧道结构质量，加快了施工进度。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的m级围岩复合式衬搁图（新断面）；
[0013] 图2为本发明的IV级围岩复合式衬搁图（新断面）；
[0014] 图3为本发明的V级围岩复合式衬搁图（新断面）；
[0015] 图4为本发明的V级围岩加强复合式衬搁图（新断面）；
[0016] 图5为原设计的m级围岩复合式衬搁图；
[0017] 图6为原设计的IV级围岩复合式衬搁图；
[0018] 图7为原设计的V级围岩复合式衬搁图；
[0019] 图8为原设计的V级围岩加强复合式衬搁图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0021] 本发明的W初期支护为主要承载结构的复合式衬搁设计方法，其较佳的具体实施 方式是：
[0022] 包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬搁设计方法；
[0023] 所述初期支护主要由错杆、喷射混凝±、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用 性判别包括:在地下水的抑值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2M化的环境， 采用初期支护作为复合式衬搁的主要承载结构；
[0024] 所述初期支护的设计方法包括:采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和 理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷 载一结构计算模式，得出初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数；
[0025] 所述二次衬搁设计方法包括:所述二次衬搁仅仅作为安全储备，承担由于初期支 护劣化和地震等偶然荷载，按结构构造和隧道运营环境要求确定参数。
[0026] 本发明的W初期支护为主要承载结构的复合式衬搁设计方法，通过系统的理论与 应用研究，形成W初期支护作为主要承载结构的隧道复合式衬搁设计理论体系，从而充分 发挥初期支护的作用，提高隧道结构质量，加快施工进度，提升我国隧道建设水平。
[0027] 本发明包括初期支护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬搁设计方法。
[00%] (1)初期支护主要由错杆、喷射混凝上、钢筋网及钢架组成，由于地下工程使用环 境的复杂性直接影响初期支护的承载能力和耐久性。本发明提出了地下水的pH值大于3、地 下水中不含有硫酸盐和水压力小于〇.2MPa的环境，采用合理的断面形式和参数初期支护可 作为复合式衬搁的主要承载结构。
[0029] (2)本发明中，初期支护的设计方法采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值 和理论分析提出的塑性松动压力和形变压力，初期支护为主要承载结构的支护结构可采用 荷载一结构计算模式，并给出了初期支护作为主要承载结构的初期支护定量设计参数。
[0030] (3)二次衬搁仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结 构构造和隧道运营环境要求确定参数。
[0031 ]本发明的优点和积极效果：
[0032] (1)初期支护做为主要承载结构，将目前初期支护的定性设计改变为定量设计。
[0033] (2)采用初期支护质量保证体系，有效提高结构抗渗性和承载能力，确保隧道结构 工程质量和耐久性，提高支护结构质量与作用，减少隧道工程建设成本。
[0034] (3)减薄了二次衬搁厚度，优化了二次衬搁施做时机，施工进度得W提高。
[00巧]具体实施例：
[0036]本发明在连盐铁路焦庄隧道实施，对m、IV、Y级围岩进行了优化设计，优化后衬 搁断面见附图1~4,采用现有技术中的设计方法进行设计的断面见附图5~8,工程量及经 济效益对比见表1。施工监测数据显示结构稳定，满足要求。
[0037] 表1时速120km/h单线隧道主要工程量及经济效益对比：
[00；3 引
[0039] 注:表中数值为正代表优化后较实际量大，反之实际量小。
[0040] W上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该W权利要求书的保护范 围为准。
【主权项】
1. 一种以初期支护为主要承载结构的复合式衬砌设计方法，其特征在于，包括初期支 护的适用性判别、初期支护设计方法和二次衬砌设计方法； 所述初期支护主要由锚杆、喷射混凝土、钢筋网及钢架组成，所述初期支护的适用性判 别包括： 在地下水的pH值大于3、地下水中不含有硫酸盐和水压力小于0.2MPa的环境，采用初期 支护作为复合式衬砌的主要承载结构； 所述初期支护的设计方法包括： 采用围岩压力拱的定义、围岩压力拱内边界值和理论分析提出的塑性松动压力和形变 压力，初期支护为主要承载结构的支护结构采用荷载一结构计算模式，得出初期支护作为 主要承载结构的初期支护定量设计参数； 所述二次衬砌设计方法包括： 所述二次衬砌仅仅作为安全储备，承担由于初期支护劣化和地震等偶然荷载，按结构 构造和隧道运营环境要求确定参数。
【文档编号】E21D11/14GK105971629SQ201610453584
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】罗章波, 杨岳勤, 赵勇, 苏新民, 杨国柱, 刘勇, 朱永全, 丁祥, 郭庆昊, 刘彦文, 胡玉林, 宋玉香, 李文江, 高新强, 路美丽, 卢裕杰
【申请人】中铁第五勘察设计院集团有限公司, 石家庄铁道大学