(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210379839.5 (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 长安大学 地址 710064 陕西省西安市南 二环中段长 安大学本部北院 (72)发明人 罗彦斌　董方方　陈建勋　王传武　 朱谭谭　张立鑫　刘伟伟　陈浩　 (74)专利代理 机构 西安渭之蓝知识产权代理有 限公司 61282 专利代理师 李娜 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑分部开挖的超大跨度隧道围岩压力及 增减率计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑分部开挖的超大跨 度隧道围岩 压力及增减率计算方法， 该方法考虑 分部开挖超大跨度隧道的围岩压力时空分布特 性， 定义导洞影 响系数考虑先导洞施工对后导洞 围岩压力的影 响， 求得利用导洞围岩压力计算隧 道整体围岩 压力的修正围岩压力增减率， 并建立 了与围岩级别相关的修正围岩压力增减率表达 式。 该计算方法具有较高的可靠度与精度， 能够 为分部开挖的超大跨度隧道设计和施工提供参 考， 并且可以为我国相关规范的完 善提供依据。 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 CN 115033950 A 2022.09.09 CN 115033950 A 1.一种分部开挖的超大跨度隧道围岩压力增加率计算方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 【1】 基于先导洞参数计算得到隧道整体围岩压力等效高度 hq＝0.45×2S‑1[1+i(b先‑5)] η            (1) 式中S为围岩级别， 按1、 2、 3、 4、 5、 6整数取值， b先为先导洞宽度， i为围岩压力增减率， η 为导洞影响系数。 【2】 基于隧道跨度参数计算得到隧道整体围岩压力等效高度 hq＝0.45×2S‑1[1+i'(B‑5)]             (2) 式中B为隧道开挖跨度， i'为 修正后的围岩压力增减率。 【3】 令公式(1)和(2)相等， 得到修 正后的围岩压力增 加率 式中b先为按照隧规计算围岩压力时的先导洞宽度。 2.根据权利要求1所述的一种分部开挖的超大跨度隧道围岩压力增加率计算方法， 其 特征在于： 导洞影响系 数η的获取方法为在现场布设压力盒， 分别测得先导洞、 后导洞的围 岩压力稳定值q先和q后， 计算得到导洞影响系数 η＝q后/q先。 3.根据权利要求2所述的一种分部开挖的超大跨度隧道围岩压力增加率计算方法， 其 特征在于： 在按照隧规要求的超大跨度隧道支护参数进行支护时， 取IV级围岩导洞影响系 数 η为1.12， V级围岩导洞影响系数 η为1.28。 4.根据权利要求1至3任意之一所述的围岩压力增加率计算得到围岩压力的计算方法， 其特征在于： 围岩压力为 q＝0.45×2S‑1[1+i′(B‑5)]γ 式中γ为围岩容重， S为围岩级别， 按4、 5、 6整数取值； B为隧道宽度； i ′为考虑分部开挖 影响后修 正后的围岩压力增减率。 5.根据权利要求4所述的围岩压力的计算方法， 其特征在于： i＇ ＝0.017 ×(S‑1)， 其中S 取值为4或5。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115033950 A 2考虑分部开挖的超大跨度隧道围岩压力及增减率计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及公路隧道、 地下工程技术等交通领域， 涉及一种考虑分部开挖的超大 跨度隧道围岩压力及增减率计算方法。 背景技术 [0002]随着我国交通事业的发展， 山区高速公路、 城市周边地区和经济发达地区建设的 单洞四车道超大跨度隧道越来越多。 超 大跨度隧道与普通两车道、 三车道隧道相比， 其跨度 更大、 结构更加扁平， 特别是建设过程中受分部开挖施工影响， 导致围岩压力更加复杂。 围 岩压力计算方法是隧道工程领域的基础性研究课题， 也是隧道支护结构设计的关键。 传统 的计算围岩压力理论公式和经验公式主要针对中、 小跨度隧道， 且均没有考虑分部开挖对 围岩压力的影响。 部分学者对于超大跨度隧道围岩压力的计算方法进行了研究。 [0003]围岩压力是地下洞室开挖引起周围岩体松动或向洞内变形过程中， 作用在支护结 构上的力， 其计算方法是隧道支护结构设计的关键， 也是隧道工程领域的基础性研究课题。 长期以来， 国内外学者对隧道围岩压力的计算方法进行深入研究， 得出了 围岩压力的大小 和时空分布规律等， 有助于经验公式和理论计算的发展和 修正完善。 由于超大跨度隧道采 用分部开挖， 并不是一次开挖完成， 显然将传统的围岩压力计算公式直接应用于超大跨度 隧道围岩压力的确定是不完全合 适的。 [0004]曲海锋在2006年 “扁平特大断面公路隧道荷载模式及 应用研究 ”中， 认为超大跨度 隧道分部开挖时， 松动区范围不是静止的单一区域， 而 是随施工工序发展的动态松动区， 是 各导洞松动区范围相互影响和发展的结果， 用导洞影响系 数η衡量先导洞围岩压力加剧程 度， 其中η＝q先/q后表示后导洞开挖对 先导洞围岩 压力的影响程度， 基于普氏理论、 泰沙基理 论和 《隧道设计规范》 围岩 压力计算方法分别推导了超大跨度隧道围岩压力计算公 式。 并得 出了三导洞先侧导后中导开挖时， 导洞影响系数 η 的取值范围： 按照普氏理论时1.0< η<1.8， 按照公路隧道 规范1.0< η<2.3。 严宗雪在2011年 “大断面隧道施工的应力路径与空间效应研 究”中考虑应力路径和卸荷作用对曲海锋推导公式进行了修正。 以上针对超大跨度隧道分 部开挖的围岩压力计算方法均是在考虑后导洞开挖对先导洞围岩压力的影响的前提下推 导的， 导洞影响系数η的取值主要依赖于工程技术人员和专家经验， 缺乏工程实测数据支 撑， 且计算公式复杂。 [0005]综上所述， 目前针对超大跨度隧道围岩压力的计算方法还不完善， 急需一种符合 实际， 参数物理意义明 晰， 简单实用的考虑分部开挖的超大跨度隧道围岩压力计算方法， 为 隧道参数设计提供支撑 。 发明内容 [0006]针对以上问题， 本发明提出一种考虑分部开挖的超大跨度隧道围岩压力及增减率 计算方法。 本发明经过理论分析和现场实际监测分析后， 超大跨度隧道IV级、 V级围岩分部 开挖施工时， 后导洞施工对先导洞围岩压力计算影响不大， 且后导洞围岩压力较先导洞更说　明　书 1/7 页 3 CN 115033950 A 3