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λs;
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λs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;
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λs。
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λs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):
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。