CN107526873B - 一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过地层不同深度处沉降槽宽度与最大潜在破坏点之间的对应关系，建立了一种基于不同深度处沉降槽曲线的隧道围岩滑裂面识别新方法，并提出了一种离散介质数值分析方法来模拟浅埋隧道松散围岩的坍塌机理，最后基于工程实际，与一般数值分析方法进行对比验证了本发明的合理性和适用性，为浅埋隧道松散围岩的坍塌破坏模式的辨识、支护结构设计、围岩稳定性评判等提供一套科学的分析方法。

Description

一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，涉及一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法。

背景技术

大规模的国土有效利用中，最为常见的就是地下洞室及空间资源的开发利用，其中用于交通运输隧道和输水隧洞工程成为地下空间开发资源的重要部分，随着施工技术的进步，我国隧道工程出现塌方、冒顶等工程事故率呈降低趋势，但根据大量公路隧道的塌方统计结果表明：跨度在10-15m的隧道塌方占80％以上、Ⅳ～Ⅵ类围岩塌方占90％以上、埋深在10-40m的隧道塌方占70％以上；随着隧道覆跨比的减小、围岩条件的劣化程度加剧，隧道塌方的几率越大。由此可见，尽管隧道塌方事件呈减小趋势，但并未完全消除塌方带来的灾害和经济损失，归结其原因主要是设计者对围岩压力认识和支护结构的设计存在认知上的偏差，关于浅埋隧道松散围岩的围岩压力及支护结构的设计尚存在较大的可研究空间，提出一种浅埋隧道松散围岩坍塌模式的辨识方法和支护结构新型计算方法具有重要的理论和工程实际意义。

目前关于浅埋隧道松散围岩的坍塌模式及支护结构的设计存在以下问题：

(1)浅埋隧道松散围岩的坍塌模式，传统的观点认为与隧道拱顶的土体发生竖直或与水平方向呈

夹角的滑移面，铁路隧道规范认为破裂角是围岩综合内摩擦角的函数，其共同点是认为：底部滑裂面在隧道侧墙底部(曲拱直墙式)或起拱线(圆型)处，且滑裂面为直线型或折线形。然而，通过大量隧道塌方的调研发现，其发生坍塌的模式并非如上假定，传统的围岩压力假定的侧滑面模式与工程实际存在一定的偏差；

(2)工程实际调研表明，所有发生塌方的隧道，坍塌面以内的围岩介质均呈散粒体或碎裂状块体，这与岩体的裂隙切割程度关系较大，而滑裂面以外的岩体基本能够维持稳定(除非有新的诱发因素，如洪水冲刷、降雨入渗等其他堆载或隧道周围进一步卸载)，由此可近似认为：滑裂面以内岩体属于散体介质，滑裂面以外岩体仍属于连续介质。这样，传统的支护结构设计理论在浅埋松散围岩中便不适用，结构荷载法难以考虑到围岩与支护结构的相互作用问题，且难以考虑松散岩体的局部坍塌的剪切荷载作用对支护结构的破坏影响，有限元方法可依考虑上述结构和岩体相互作用机制，但是难以考虑岩体的松散特征，而采用离散元方法往往难以获得真实的岩体力学参数，往往需要大量的试算来确定岩体参数，这对支护参数的信息化设计施工产生较大的困境。

发明内容

本发明的目的是提供一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，实现了浅埋隧道松散围岩坍塌模式的确定及其支护结构内力计算和稳定性评判。

本发明所采用的技术方案是，一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，按照以下步骤实施：

步骤一，浅埋隧道松散围岩坍塌模式辨识，

步骤1.1，对隧道围岩参数及洞型集合尺寸数据进行测量，

具体为通过浅埋隧道工程中的实际揭露的岩层情况、地质勘查获得隧道围岩等效物理力学参数：包括弹性模量E、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角

以及隧道洞型尺寸：包括高度h、跨度B、隧道轴线埋深H、隧道覆土深度C＝H-D/2，D为隧道等效直径；

步骤1.2，判断隧道的深浅埋，

当隧道覆土深度C与等效洞径D之比C：D≤3.0～5.0，即为浅埋隧道；

步骤1.3，判断岩体松散程度，

根据规范来判断围岩等级，当围岩等级为Ⅳ～Ⅵ类围岩或更差的围岩，则判断为松散围岩；

步骤1.4，确定滑裂面区域；

步骤二，坍塌区松散介质数值分析方法，来计算支护结构内力和隧道支护结构优化设计，具体为，

步骤2.1、根据工程地质勘察资料和现场地质踏勘揭露出来的掌子面或洞周围岩情况，获取裂隙结构面特征，选择至少2组最不利组合结构面，根据成组结构面产状和间距特征，建立离散介质有限元实体模型；

步骤2.2、根据步骤一确定的滑裂面区域，将该滑裂面区域内的实体单元中预先构建的裂隙或结构面处建立界面单元，来模拟块体单元之间的相互摩擦、滑移、张开、闭合、破坏复杂变形特征；

步骤2.3、将滑裂面处单元之间建立界面单元，并进行无支护全断面开挖模拟，分析离散岩块沿着滑裂面和预设结构面向下滑移坍塌的变形特征；

步骤三，支护结构内力计算及围岩稳定性评价，

根据步骤二中提出的坍塌区松散介质有限元方法和支护结构参数，模拟隧道支护在坍塌荷载条件下的受力特征，获取支护结构的内力，根据材料力学的计算公式(3)，获取支护结构的最大主应力σ₁和最小主应力σ₃：

上式(3)中，N支护结构的轴力(kN)、M为支护结构的弯矩(kN.m)、A为支护结构单位宽度上的截面面积(m²)、W为抗弯截面系数(m³)；

根据支护结构所受到的拉应力和压应力大小，对围岩的稳定性进行评价，并与支护结构的设计抗拉强度和抗压强度进行对比，判断是否超过许可强度，对于超过许可强度的，进行支护结构参数的补强设计，对于安全富余度较高的原支护参数进行优化设计。

本发明的特点还在于：

步骤1.3中：规范是指勘察部门提供岩体的等效物理力学参数及岩体受裂隙、软弱结构面的切割程度、风化程度、地下水富余程度，结合交通、水利、部门关于隧道的相应规范。

步骤1.4具体步骤为：根据步骤1.1得到的隧道围岩初始参数，采用数值分析方法，获取不同深度处地层的沉降曲线或水平位移曲线，然后进行微分可得局部倾斜的分布规律，以此类推，将不同深度z处地层的拉剪破坏点横坐标连接起来即形成最大可能滑裂面。

步骤1.4具体步骤为：采用实测地表沉降槽宽度i₀来预估地层深部z处的沉降槽宽度i_z：采用式(1)来计算：

i_z＝(1-z/H)^βi₀ (1)；

上式(1)中，β为地层强度参数和隧道断面形状影响系数，一般取值为0.4～0.5之间；不同深度处沉降槽宽度i_z和地表沉降槽宽度i₀之比i_z/i₀与相对埋深z/H的函数关系来获取滑裂面特征，z为地层某深度到地表的竖直距离。

步骤三支护结构参数的补强设计措施包括：加强支护参数包括加密加长系统锚杆、加厚喷射混凝土及管网，预加固技术包括超前预注浆、超前锚杆、超前管棚及新型开挖和支护技术。

本发明的有益效果是，根据地质勘查得到的实际围岩参数和隧洞洞型几何尺寸，更为灵活的获取浅埋隧道松散围岩的坍塌模式，然后根据计算得到的最大可能坍塌范围和所在隧道围岩的结构面切割特征，来构建坍塌区松散介质有限元方法，并进行支护结构的优化设计和基于支护结构受力特征的围岩稳定性的评判，该方法实现了隧道信息化施工、动态化设计之目的，简单快捷，且原理简单有效。

附图说明

图1是本发明计算方法流程图；

图2是本发明隧道开挖诱发的地层沉降、局部倾斜曲线及水平位移曲线示意图；

图3是本发明隧道开挖诱发的数值分析模型单元网格图；

图4是本发明浅埋隧道松散围岩滑裂面确定过程示意图；

图5是本发明坍塌区松散介质数值分析模型示意图；

图6是本发明实施例所得的隧道洞形尺寸示意图；

图7是本发明实施例所得的隧道滑裂面计算结果图；

图8是本发明实施例所得的考虑断层影响的隧道围岩坍塌区松散介质数值模型示意图；

图9是本发明实施例所得不考虑断层影响的隧道围岩坍塌区松散介质数值模型示意图；

图10是本发明实施例所得一般数值方法计算得到的围岩变形矢量图；

图11是本发明实施例所得一般数值方法计算得到的围岩应力矢量图；

图12是本发明实施例所得一般数值方法计算得到的围岩塑性区分布图；

图13是本发明实施例所得的坍塌区松散介质数值方法计算得到的围岩变形矢量图；

图14是本发明实施例所得的坍塌区松散介质数值方法计算得到的围岩应力矢量图；

图15是本发明实施例所得的坍塌区松散介质数值方法计算得到的围岩塑性区分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法进行详细说明。

一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，如图1所示，按照以下步骤实施：

步骤一，浅埋隧道松散围岩坍塌模式辨识，

步骤1.1，对隧道围岩参数及洞型集合尺寸数据进行测量，

具体为通过浅埋隧道工程中的实际揭露的岩层情况、地质勘查获得隧道围岩等效物理力学参数：包括弹性模量E、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角

以及隧道洞型尺寸：包括高度h、跨度B、隧道轴线埋深H、隧道覆土深度C＝H-D/2，D为隧道等效直径，一般采用常用的隧道开挖面积与圆形隧道面积等效来估算；

步骤1.2，判断隧道的深浅埋，

当隧道覆土深度C与等效洞径D之比C：D≤3.0～5.0，即为浅埋隧道；

步骤1.3，判断岩体松散程度，

根据勘察部门提供岩体的等效物理力学参数及岩体受裂隙、软弱结构面的切割程度、风化程度、地下水富余程度等，结合交通、水利、部门关于隧道(洞)的相应规范来判断围岩等级，当围岩等级为Ⅳ～Ⅵ类围岩或更差的围岩，则判断为松散围岩；

步骤1.4，确定滑裂面形态，

浅埋松散围岩隧道在开挖期间难以形成“承载拱”，会引起地层损失，导致地表面产生地层不均匀沉陷(或沉降漏斗)和水平变形，则在差异位移最大处的地表易产生张拉剪切破坏，并形成开裂面，其中最大水平位移处、局部倾斜最大处均发生在如图2所示的沉降曲线反弯点处，该地面点即为沉降槽宽度点，其距离隧道轴线的水平距离为i₀(m)；

地表以下的地层沉降也符合“沉降槽”模式，也具有类似的不均匀沉陷和水平位移，其区别在于，地表以下的沉降槽宽度i_z(局部倾斜反弯点至隧道中心的水平距离)相比地表的沉降槽宽度较小，以此类推不同深度处的沉降槽宽度点处即为最容易发生张拉剪切破坏的点，则将不同深度处沉降槽宽度点联线，并与隧道开挖轮廓线的相交点，即为隧道围岩最为可能的滑裂面；

根据步骤1.1得到的隧道围岩初始参数，采用有限元程序(ABAQUS)或有限差分法程序(Flac^3D)建立数值分析模型，采取数值方法模拟隧道开挖效应，如图3所示；

采用数值分析方法，获取不同深度处地层的沉降曲线S_z＝f(x,y)或水平位移曲线，然后进行微分可得局部倾斜S_z’＝f_x(x,y)的分布规律，由图4所示，以此类推，将不同深度z处地层的拉剪破坏点(局部倾斜最大点)横坐标连接起来即形成如图4所示的虚线，该虚线即为潜在的最大可能滑裂面，其中地表开裂点为A，不同深度zi、z_j处的开裂点分别为B和C，与隧道开挖面相交点为起裂点D，将其联线最终形成的ABC...D曲线即为潜在的滑裂面。

采用数值分析方法需要建立数值模型进行精细分析来确定坍塌模式(包括起裂点位置、地面开裂点位置、滑移面曲线形态等)，但对于一般工程设计人员而言，可以采用实测地表沉降槽宽度i₀(m)来预估地层深部z处的沉降槽宽度i_z(m)：

对于山岭浅埋松散隧道，可采用式(1)来计算：

i_z＝(1-z/H)^βi₀ (1)；

上式(1)中，β为地层强度参数和隧道断面形状影响系数，一般取值为0.4～0.5之间，围岩条件越松散，隧道坍塌影响范围越大，侧滑面逐渐呈垂直分布，β取下限；围岩完整性越好，隧道坍塌影响范围越小，侧滑面逐渐呈圆弧形分布，β为取上限，z为地层某深度到地表的竖直距离(m)。

除此之外，对于城市浅埋隧道(如地铁隧道)采用修正的Mair公式(2)来计算深层沉降槽宽度特征：

式(2)中，α为与围岩条件相关的参数，一般取值为0.50～0.65之间，围岩越松散(如砂土或饱和软土地层)，参数α取下限；围岩的综合粘聚强度越大(如粘性土地层、硬黏土地层)，参数α取上限，其他参数如式(1)；

步骤二，坍塌区松散介质数值分析方法，来计算支护结构内力和隧道支护结构优化设计，具体为，

步骤2.1、根据工程地质勘察资料和现场地质踏勘揭露出来的掌子面或洞周围岩情况，获取裂隙结构面特征，选择至少2组最不利组合结构面，根据成组结构面产状和间距特征，建立如图5所示的离散介质有限元实体模型；

步骤2.2、根据步骤一确定的滑裂面范围，将该范围内的实体单元中预先构建的裂隙或结构面处(图5中虚线部分)建立界面单元，来模拟块体单元之间的相互摩擦、滑移、张开、闭合、破坏复杂变形特征，如图5所示，图5中菱形单元块体为离散块体；

步骤2.3、将滑裂面处单元之间建立界面单元，并进行无支护全断面开挖模拟，分析离散岩块沿着滑裂面和预设结构面向下滑移坍塌的变形特征；

步骤三，支护结构内力计算及围岩稳定性评价，

根据步骤二中提出的坍塌区松散介质有限元方法和支护结构参数，模拟隧道支护在坍塌荷载条件下的受力特征，获取支护结构的内力(轴力、弯矩)，根据材料力学的计算公式(3)，来获取支护结构的最大主应力σ₁(拉应力)和最小主应力σ₃(压应力)：

上式(3)中，N支护结构的轴力(kN)、M为支护结构的弯矩(kN.m)、A为支护结构单位宽度上的截面面积(m²)、W为抗弯截面系数(m³)；

根据支护结构所受到的拉应力和压应力大小，对围岩的稳定性进行评价，并与支护结构的设计抗拉强度[σ_t]和抗压强度[σ_c]进行对比，来判断是否超过许可强度，对于超过许可强度的，进行支护结构参数的补强设计，例如加强支护参数(如，加密加长系统锚杆、加厚喷射混凝土及管网)、预加固技术(如、超前预注浆、超前锚杆、超前管棚)及新型开挖和支护技术等措施提高承载拱的等效力学参数，对于安全富余度较高的原支护参数进行优化设计。

实施例

取用某工程泄洪洞进口段隧道作为样本进行实施：

步骤一、浅埋隧道松散围岩坍塌模式的辨识，

步骤1.1，对浅埋隧道数据进行测量，

隧道顶部埋深C＝40m，隧道跨度B＝14.2m、高度为h＝21.7m，其覆土埋深C与等效洞径D(20.0m)之比为C:D＝2.0＜3.0，属于浅埋隧道。该隧道围岩为煤质页岩以及含煤层砂岩，岩层结构为层状结构和块状结构，在开挖断面有一剪切破碎带穿过，节理发肓，其中一组主要结构面与断层倾角水平，另外一组主要结构面与断层倾角垂直，属强风化岩层，围岩属于IV～V级，成洞条件较差。原支护设计方案为：厚10cm的C30喷层混凝土；长6m间排距为0.8～1.0的Φ28系统锚杆；每榀0.5m间距的25#工字钢拱架，洞型尺寸如图6所示。围岩及断层带物理力学参数如表1所示，支护材料力学参数如表2所示；

表1围岩及断层带物理力学参数

表2支护材料力学参数

步骤1.2，判断隧道的深浅埋，

隧道覆跨比C：D＝2.0≤3.0，属于为浅埋隧道；

步骤1.3，判断岩体松散程度，

根据勘察部门提供岩体的等效物理力学参数及岩体受裂隙、软弱结构面的切割程度、风化程度等，结合水利部门规范判断围岩等级为Ⅳ级围岩，判断为松散围岩；

步骤1.4，建立数值模型及确定滑裂面形态，

当浅埋隧道的天然地面有实测沉降曲线时，可以根据隧道上覆地层的地表的实测沉降槽曲线来确定地表沉降槽宽度i₀，从而采用公式(1)和公式(2)来预估确定深层沉降槽宽度i_z，从而基于实测参数来得到深层滑裂面分布形态，本实施例中无地表沉降监测曲线，故采用数值分析方法来确定；

采用Flac^3D软件建立数值模型，模拟隧道一次性开挖情况下，隧道上方地层不同深度处的沉降曲线，通过Fish语言编制语言，由系统自动计算不同地层深度处对应的反弯点坐标，实现自动确定滑裂面，经计算得到的滑裂面形态如图7所示，可见滑裂面顶部跨度为70.0m，底部跨度为12.0m，而隧道跨度为14.2m，底部起裂点相交于隧道拱肩部位，且滑裂面呈弧形曲线，这与传统的滑裂面确定结果存在较大的差异，但本发明确定的滑裂面形态与工程实际中的滑裂面形态相似，更接近实际状态；

步骤二，坍塌区松散介质数值分析方法，来计算支护结构内力和隧道支护结构优化设计，具体为，

根据步骤一中得到的滑裂面形态，结合原本断层位置与隧道开挖面的几何特征，综合分析认为，当断层面所包含的岩体松动滑移区域较数值分析得到的滑裂面区域更大时，应优先选取断层位置作为潜在滑裂面，其滑裂面形态如图8所示，当无较大断层带穿越分析断面且岩层分布较为均匀时，最终的滑裂面及离散介质数值分析模型形态如图9所示；

将滑裂面计算结果与传统方法计算得到的滑裂面与竖直方向夹角

进行对比发现，本发明计算的上覆松散岩体的坍塌范围更宽，但隧道开挖面处的的起裂点基本与隧道的起拱线相交，这与传统的方法计算结果存在较大的差异，而本发明计算的滑裂面形态与工程实际中出现的破坏模式基本一致；

步骤三，护结构内力计算及围岩稳定性评价，

步骤3.1，为了进一步确定本发明提出的方法的合理性，选取工程背景中的隧道(为了单独考虑滑裂面及离散介质在开挖后对围岩变形、塑性区、围岩应力的作用效应，在实施例中不予考虑断层的影响)，将一般数值方法计算结果与坍塌区松散介质数值方法进行对比，计算结果如图对比如图10～15所示，通过二者的对比发现，本发明计算得到的洞周围岩变形量约为一般数值方法计算结果的1.5-2.5倍，洞周拱顶处围岩出现了更大面积的拉应力趋势，且塑性区深度约为一般数值方法计算结果的2.0-5.0倍，表明本发明计算得到的围岩块体发生了明显的滑移破坏及向隧道内部坍塌的变形特征，而一般数值分析方法难以反应这一工程实际问题，进一步验证了本发明的合理性；

步骤3.2，为了进一步验证本发明提出的算法的适用性，在本步骤的实施例中，不仅考虑了滑裂面、离散介质坍塌作用，还考虑了工程实际中存在的断层带的影响，通过建模计算分别得出一般数值方法及本发明的方法，将本发明计算结果与工程实测值进行对比，拱顶沉降、边墙水平位移及对应位置处喷层的应力值，计算结果对比如表3所示；

从表3的计算结果可以看出，本发明方法计算得到的拱顶及边墙的位移约为一般数值方法结果的1.5-2.0倍，一般数值方法计算的喷层内力为压应力，而坍塌区松散介质数值方法的计算结果为拉应力，且边墙部位的拉应力达到的2.1MPa，拱顶拉应力达到1.2MPa，与实测喷层的最大拉应力2.0MPa基本接近，这与实际工程中拱顶及边墙部位出现开裂、掉块的现象基本一致，原支护结构的设计偏于不安全，而采用一般数值方法计算的结果则偏于安全；

表3一般数值方法(A)与坍塌区松散介质数值方法(B)分析结果对比

可见，基于坍塌区松散介质数值方法，对于考虑浅埋松散围岩隧道工程的破坏模式更为合理，对于不同围岩条件、不同围岩参数、不同覆跨比的实际工程而言，其滑裂面特征的确定更符合工程实际，且更具有灵活性。

本发明通过地层不同深度处沉降槽宽度与最大潜在破坏点之间的对应关系，建立了一种基于不同深度处沉降槽曲线的隧道围岩滑裂面识别新方法，并提出了一种离散介质数值分析方法来模拟浅埋隧道松散围岩的坍塌机理，最后基于工程实际，与一般数值分析方法进行对比验证了本发明的合理性和适用性，为浅埋隧道松散围岩的坍塌破坏模式的辨识、支护结构设计、围岩稳定性评判等提供一套科学的分析方法。

Claims (3)

1.一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤一，浅埋隧道松散围岩坍塌模式辨识，

步骤1.1，对隧道围岩参数及洞型集合尺寸数据进行测量，

具体为通过浅埋隧道工程中的实际揭露的岩层情况、地质勘查获得隧道围岩等效物理力学参数：包括弹性模量E、泊松比μ、容重γ、粘聚力c和内摩擦角

以及隧道洞型尺寸：包括高度h、跨度B、隧道轴线埋深H、隧道覆土深度C＝H-D/2，D为隧道等效直径；

步骤1.2，判断隧道的深浅埋，

当隧道覆土深度C与等效洞径D之比C：D≤3.0～5.0，即为浅埋隧道；

步骤1.3，判断岩体松散程度，

根据规范来判断围岩等级，当围岩等级为Ⅳ～Ⅵ类围岩或更差的围岩，则判断为松散围岩；

步骤1.4，确定滑裂面区域；

步骤二，坍塌区松散介质数值分析方法，来计算支护结构内力和隧道支护结构优化设计，具体为，

步骤2.1、根据工程地质勘察资料和现场地质踏勘揭露出来的掌子面或洞周围岩情况，获取裂隙结构面特征，选择至少2组最不利组合结构面，根据成组结构面产状和间距特征，建立离散介质有限元实体模型；

步骤2.2、根据步骤一确定的滑裂面区域，将该滑裂面区域内的实体单元中预先构建的裂隙或结构面处建立界面单元，来模拟块体单元之间的相互摩擦、滑移、张开、闭合、破坏复杂变形特征；

步骤2.3、将滑裂面处单元之间建立界面单元，并进行无支护全断面开挖模拟，分析离散岩块沿着滑裂面和预设结构面向下滑移坍塌的变形特征；

步骤三，支护结构内力计算及围岩稳定性评价，

根据步骤二中提出的坍塌区松散介质有限元方法和支护结构参数，模拟隧道支护在坍塌荷载条件下的受力特征，获取支护结构的内力，根据材料力学的计算公式(3)，获取支护结构的最大主应力σ₁和最小主应力σ₃：

上式(3)中，N支护结构的轴力，单位为kN、M为支护结构的弯矩，单位为kN.m、A为支护结构单位宽度上的截面面积，单位为m²、W为抗弯截面系数，单位为m³；

根据支护结构所受到的拉应力和压应力大小，对围岩的稳定性进行评价，并与支护结构的设计抗拉强度和抗压强度进行对比，判断是否超过许可强度，对于超过许可强度的，进行支护结构参数的补强设计，对于安全富余度较高的原支护参数进行优化设计；

所述步骤1.3中：规范是指勘察部门提供岩体的等效物理力学参数及岩体受裂隙、软弱结构面的切割程度、风化程度、地下水富余程度，结合交通、水利、部门关于隧道的相应规范；

所述步骤1.4具体步骤为：根据步骤1.1得到的隧道围岩初始参数，采用数值分析方法，获取不同深度处地层的沉降曲线或水平位移曲线，然后进行微分可得局部倾斜的分布规律，以此类推，将不同深度z处地层的拉剪破坏点横坐标连接起来即形成最大可能滑裂面。

2.根据权利要求1所述的一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，其特征在于，所述步骤1.4具体步骤为：采用实测地表沉降槽宽度i₀来预估地层深部z处的沉降槽宽度i_z：采用式(1)来计算：

i_z＝(1-z/H)^βi₀ (1)；

上式(1)中，β为地层强度参数和隧道断面形状影响系数，取值为0.4～0.5之间；不同深度处沉降槽宽度i_z和地表沉降槽宽度i₀之比i_z/i₀与相对埋深z/H的函数关系来获取滑裂面特征，z为地层某深度到地表的竖直距离。

3.根据权利要求1所述的一种浅埋隧道围岩坍塌模式识别及支护结构计算方法，其特征在于，所述步骤三支护结构参数的补强设计措施包括：加强支护参数包括加密加长系统锚杆、加厚喷射混凝土及管网，预加固技术包括超前预注浆、超前锚杆、超前管棚及新型开挖和支护技术。

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