CN108804822A - 一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法，旨在提供一种计算精度高的适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法。它包括步骤（1）隧道塌落拱高度ha计算，步骤（2）大气影响深度da计算，以及步骤（3）膨胀岩隧道深浅埋界限H计算。本发明在理论上更加准确的判断膨胀岩隧道的深浅埋形式，从而判断隧道结构的受力特征，使隧道结构设计和工程措施采用更为合理，保障膨胀岩隧道的施工安全和隧道结构自身安全。

Description

一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法

技术领域

本发明涉及隧道深浅埋界限计算技术领域，尤其是涉及一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法。

背景技术

膨胀岩(土)在我国覆盖区域广泛，全国近1/3的陆地面积含有膨胀岩(土)。随着铁路、公路项目的大规模建设，不可避免隧道会穿越膨胀岩(土)地区。由于膨胀性岩(土)含有大量的亲水性物质(伊利石、蒙脱石、高岭土)，具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形特性，随着膨胀、收缩变形的往复发生，土体强度逐渐衰减。隧道开挖后会对隧道周边围岩产生扰动，引起地下水环境改变。如隧道施工引起膨胀性围岩在地下水环境改变过程中发生膨胀变形，势必会产生较大的挤压力作用在隧道支护结构上，这就要求膨胀岩(土)隧道在设计和施工阶段要充分考虑膨胀力对隧道支护结构的影响，否则可能导致荷载考虑不足而引起衬砌开裂。

目前一般做法是根据隧道深浅埋来判断膨胀力是否会对隧道结构产生影响，在隧道深浅埋时考虑膨胀力对隧道支护结构的作用，隧道支护结构和工程措施进行相应的加强。然而目前并没有针对膨胀岩(土)隧道深浅埋的判断方法，仍然沿用一般隧道深浅埋界限的判断方法进行判断，势必会造成设计和施工过程中预判不够准确，采用的隧道支护结构和工程措施不够合理，引起安全质量事故或者是经济性的不合理。因此，本发明提出一种适用于膨胀岩(土)隧道深浅埋界限的计算方法就显得十分必要。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法。其可解决目前无法准确判断膨胀岩(土)隧道深浅埋界限的工程难题，弥补常规设计的不足，可以更加合理、准确的计算膨胀岩(土)隧道的深浅埋界限。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法，其包括以下步骤：

步骤(1)隧道塌落拱高度h_a计算

根据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)计算深埋隧道计算高度ha，即隧道塌落拱高度：

h_a＝0.45×2^s-1ω (1)

式中：s为围岩级别；ω为隧道宽度影响系数；

ω＝1+i(B-5) (2)

式中：B为隧道开挖宽度；i为B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，当B＞5m时，取i＝0.1；

步骤(2)大气影响深度d_a计算

大气影响深度d_a即膨胀土胀缩大气影响深度范围，在该范围内地表水会随着膨胀土的胀缩产生裂隙，为地表水提供下渗通道；

大气影响深度d_a利用各气候区土的深层变形观测或含水量观测和地温观测资料确定，无资料时按以下幂函数式求出：

d_a＝2.63ψ_w ^-1.237 (3)

式中：ψ_w膨胀岩的湿度系数，指在自然条件下，地表1m处土层含水量可能达到的最小值与其塑限值之比，根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112-2013)确定其值；

ψ_w＝1.152-0.726α-0.00107C (4)

式中：α为当年9月至次年2月的蒸发力之和与全年蒸发力之比值；C为全年中干燥度(即蒸发力与降水量之比值)大于1.00的月份的蒸发力与降水量差值之总和(mm)；

步骤(3)膨胀岩隧道深浅埋界限H计算

膨胀岩隧道深浅埋界限H由下式计算：

H＝d_r+βd_a (5)

式中：d_r为隧道施工扰动深度极限值，即拱顶以上施工扰动最大值；若施工阶段实测值d_r≤2.5h_a，则式中d_r＝2.5h_a；若实测值d_r＞2.5h_a，则式中d_r取实测值；

β为大气影响程度系数(0.45≤β≤1)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提出的膨胀岩隧道深浅埋界限计算方法可以运用于膨胀岩隧道设计和施工过程中，能够在理论上更加准确的判断膨胀岩隧道的深浅埋形式，从而判断隧道结构的受力特征，使隧道结构设计和工程措施采用更为合理，保障膨胀岩隧道的施工安全和隧道结构自身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的膨胀岩隧道深浅埋界限计算模型图；

图2为工况一：当施工扰动深度实测值dr＜2.5ha时的计算模型图；

图3为工况二：当施工扰动深度实测值dr＝2.5ha时的计算模型图；

图4为工况三：当施工扰动深度实测值dr＞2.5ha时的计算模型图；

图中：1-地面，2-大气影响深度，3-施工扰动深度，4-规范规定的一般地层条件下隧道深浅埋界限，5-隧道塌落拱，6-隧道开挖轮廓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

首先，根据具体工程确定隧道开挖轮廓6的宽度B；然后根据隧道开挖轮廓6的宽度B，确定隧道开挖轮廓宽度B每增减1m时的围岩压力增减率i(当B＜5m时，取i＝0.2，当B＞5m时，取i＝0.1)；

进一步的，由公式(2)计算出隧道宽度影响系数，相应的计算公式为：

ω＝1+i(B-5)

进一步的，根据具体情况确定隧道围岩级别s，然后由公式(1)计算出隧道塌落拱5的高度h_a，相应的计算公式为：

h_a＝0.45×2^s-1ω

进一步的，根据公式(4)计算出膨胀岩(土)的湿度系数ψ_w，相应的计算公式为：

ψ_w＝1.152-0.726α-0.00107C

式中：α为当年9月至次年2月的蒸发力之和与全年蒸发力之比值；C为全年中干燥度(即蒸发力与降水量之比值)大于1.00的月份的蒸发力与降水量差值之总和(mm)。

进一步的，根据公式(3)计算出大气影响深度d_a，相应的计算公式为：

d_a＝2.63ψw^-1.237

进一步的，设计阶段取d_r＝2.5h_a；施工阶段由现场实测获得隧道施工扰动深度极限值d_r，若实测值d_r≤2.5h_a(如图2、图3所示)，则d_r＝2.5h_a；若实测值d_r＞2.5h_a(如图4所示)，则d_r取实测值。

进一步的，根据公式(5)计算膨胀岩(土)隧道深浅埋界限，相应的计算公式为：

H＝d_r+βd_a

式中：β为大气影响程度系数(0.45≤β≤1)，根据工程所处地域、膨胀岩(土)物理组成、当地历史蒸发量和降水量综合确定。

该方法充分考虑膨胀岩大气影响深度da和施工扰动深度极限值dr对膨胀岩(土)隧道深浅埋界限H的影响，通过上述计算，即可精确获得的隧道深浅埋界限值，从而判断隧道结构的受力特征，使隧道结构设计和工程措施采用更为合理，保障膨胀岩隧道的施工安全和隧道结构自身安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于膨胀岩隧道深浅埋界限的计算方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)隧道塌落拱高度h_a计算

根据《铁路隧道设计规范》、TB10003-2016，计算深埋隧道计算高度ha，即隧道塌落拱高度：

h_a＝0.45×2^s-1ω (1)

式中：s为围岩级别；ω为隧道宽度影响系数；

ω＝1+i(B-5) (2)

式中：B为隧道开挖宽度；i为B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，当B＞5m时，取i＝0.1；

步骤(2)大气影响深度d_a计算

大气影响深度d_a即膨胀土胀缩大气影响深度范围，在该范围内地表水会随着膨胀土的胀缩产生裂隙，为地表水提供下渗通道；

大气影响深度d_a利用各气候区土的深层变形观测或含水量观测和地温观测资料确定，无资料时按以下幂函数式求出：

d_a＝2.63ψ_w ^-1.237 (3)

式中：ψ_w膨胀岩的湿度系数，指在自然条件下，地表1m处土层含水量可能达到的最小值与其塑限值之比，根据《膨胀土地区建筑技术规范》、GB50112-2013，确定其值；

ψ_w＝1.152-0.726α-0.00107C (4)

式中：α为当年9月至次年2月的蒸发力之和与全年蒸发力之比值；C为全年中干燥度，即蒸发力与降水量之比值大于1.00的月份的蒸发力与降水量差值之总和，单位mm；

步骤(3)膨胀岩隧道深浅埋界限H计算

膨胀岩隧道深浅埋界限H由下式计算：

H＝d_r+βd_a (5)

式中：d_r为隧道施工扰动深度极限值，即拱顶以上施工扰动最大值；若施工阶段实测值d_r≤2.5h_a，则式中d_r＝2.5h_a；若实测值d_r＞2.5h_a，则式中d_r取实测值；

β为大气影响程度系数(0.45≤β≤1)。