CN110704917A - 隧道开挖仰拱步距确定的方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了隧道开挖仰拱步距确定的方法、装置、设备和存储介质，包括以下步骤：输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；建立隧道安全评判三维模型；向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据；通过历史数据的计算、分析得到隧道安全评判三维模型，向上述模型输入目标隧道挖掘现场的岩石检测数据，得出仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的范围数据，有效保障隧道安全以及高质量、高效施工。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程技术领域，特别是一种隧道开挖仰拱步距确定的方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
我国铁道山岭隧道施工普遍采用新奥法理念。仰拱是隧道结构重要组成部分，仰拱适时封闭成环是新奥法施工的重要环节，对于确保隧道施工安全和质量起着至关重要的作用。因此，铁路总公司(原铁道部)曾出台过有关仰拱开挖进尺及仰拱封闭与掌子面步距的相关规范。影响围岩稳定的因素包括围岩的岩性、级别及暴露时间等。随着大规模机械化装备的引入，隧道作业工效大为提高。与传统的方式相比，同样的进尺，用时更少。如采用现行规范的进尺和长度规定，则围岩暴露时间短，尚未得到新的平衡状态就已被封闭紧锁，使支护体系承担了围岩变形产生的过度荷载，这与充分发挥围岩自承能力的新奥法理念相悖，可能会导致隧道衬砌开裂等不良危害，进而影响隧道结构安全和运营安全。同时，现行规范要求Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩仰拱封闭位置距开挖掌子面不得大于35m，且对开挖进尺提出了严格要求。开挖进尺过去常根据工程经验来确定，如果开挖进尺过短，会增加建设时间和成本；如果开挖进尺过长，则可能引起隧道失稳。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供隧道开挖仰拱步距确定的方法和装置，有效保障隧道安全以及高质量、高效施工。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供了隧道开挖仰拱步距确定的方法，包括以下步骤：
输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；
使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；
得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；
建立隧道安全评判三维模型；
向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
进一步，所述输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据中的数据包括：岩石坚硬度、岩石完整性、掌子面、仰拱步距、仰拱一次开挖长度、挖掘机械。
进一步，所述使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值还包括：
构建围岩的本构模型；
提取围岩的岩石坚硬度、岩石完整性数据；
选择挖掘机械以及输入挖掘速度进行模拟计算；
得出围岩变形的安全临界值。
进一步，所述得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据中的围岩级别包括围岩级别Ⅲ、围岩级别Ⅳ、围岩级别Ⅴ。
进一步，所述建立隧道安全评判三维模型中的模型包括：围岩流变模型以及隧道开挖模型。
第二方面，本发明提供了隧道开挖仰拱步距确定的装置，包括：
输入单元，用于输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
计算单元，用于使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
建模单元，用于建立隧道安全评判三维模型；
输出单元，用于输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
第三方面，本发明提供了隧道开挖仰拱步距确定的的设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行上述的隧道开挖仰拱步距确定的方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法。
第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使计算机执行如上所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：
通过历史数据的计算、分析得到隧道安全评判三维模型，向上述模型输入目标隧道挖掘现场的岩石检测数据，得出仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的范围数据，有效保障隧道安全以及高质量、高效施工。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例提供的隧道开挖仰拱步距确定的方法的第一实施方式的流程图；
图2是本发明实施例提供的隧道开挖仰拱步距确定的方法的蠕变三阶段图；
图3是本发明实施例提供的隧道开挖仰拱步距确定的方法的围岩三台阶开挖拱顶最大沉降与时间步序关系曲线图；
图4是本发明实施例提供的隧道开挖仰拱步距确定的方法的装置；
图5是本发明实施例提供的隧道开挖仰拱步距确定的方法的设备。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
参照图1，本发明实施例的隧道开挖仰拱步距确定的方法，包括以下步骤：
S1:输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；
S2:使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；
S3:得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；
S4:建立隧道安全评判三维模型；
S5:向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
S6:计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
S7:输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
通过历史数据的计算、分析得到隧道安全评判三维模型，向上述模型输入目标隧道挖掘现场的岩石检测数据，得出仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的范围数据，有效保障隧道安全以及高质量、高效施工。
参照图2，选取蠕变曲线中合适的阶段，在恒定应力作用下，完整软岩的蠕变曲线分为3个阶段，分别是初期蠕变阶段、等速蠕变阶段以及第三期蠕变。
其中AB段是初期蠕变阶段，蠕变变形曲线切线的斜率越来越小，弯曲的方向向下，其变形的速率逐渐降低，如在此阶段完全卸载(荷载突然变为0)，则变形曲线如图中EFG段所示，卸载后瞬时弹性应变(即卸载完成瞬间的变形)，FG段为应变随时间延后逐渐降为0，即此时粘塑性应变为0，不会产生永久变形，材料处于弹性阶段。
BC段为等速蠕变阶段，此阶段变形曲线类似直线段，斜率基本变化小，应变速率基本不变，为定值。在稳态蠕变阶段内突然完全卸载，则应变曲线会沿HIJ路径变化，最后有一定的永久变形，即不可恢复的粘塑性，该阶段时间长短由应力水平决定的。
CD段是材料破坏前的第三期蠕变，该阶段变形曲线向上弯曲，应变速率快速增长，这种蠕变将会使材料迅速达到破坏。
通过在目标隧道的现场取样，将数据输入到隧道安全评判三维模型中进行蠕变实验分辨出为三个阶段的某个阶段的结果；
将现场目标隧道施工的掌子面围岩进行取样，加工后进行室内单轴抗压强度和岩石三轴流变试验，得出岩石检测数据，如岩石坚硬度、岩石完整性等，将数据输入到隧道安全评判三维模型中，得出围岩级别数据。通过围岩级别数据，得出对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度数据。
本发明实施例的隧道开挖仰拱步距确定的方法，输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据中的数据包括：岩石坚硬度、岩石完整性、掌子面、仰拱步距、仰拱一次开挖长度、挖掘机械。
本发明实施例的隧道开挖仰拱步距确定的方法，使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值还包括：
构建围岩的本构模型；
提取围岩的岩石坚硬度、岩石完整性数据；
选择挖掘机械以及输入挖掘速度进行模拟计算；
得出围岩变形的安全临界值。
参照图3，本发明实施例的隧道开挖仰拱步距确定的方法，得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据中的围岩级别包括围岩级别Ⅲ、围岩级别Ⅳ、围岩级别Ⅴ。
围岩级别Ⅲ，对应的仰拱步距为：60m、90m、120m；对应的仰拱一次开挖长度为：3m、4m、5m、6m；
围岩级别Ⅳ，对应的仰拱步距为：45m、60m、90m；对应的仰拱一次开挖长度为：3m、4m、5m、6m；
围岩级别Ⅴ，对应的仰拱步距为：35m、45m、60m；对应的仰拱一次开挖长度为：3m、4m、5m、6m。
本发明实施例的隧道开挖仰拱步距确定的方法，建立隧道安全评判三维模型中的模型包括：围岩流变模型以及隧道开挖模型。
参照图4，本发明实施例还提供了一种应用上的隧道开挖仰拱步距确定的方法的装置，包括：
输入单元1100，用于输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
计算单元1200，用于使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
建模单元1300，用于建立隧道安全评判三维模型；
输出单元1400，用于输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
需要说明的是，由于本实施例中的隧道开挖仰拱步距确定的装置与上述的压紧控制的方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。
参照图5，本发明实施例还提供了隧道开挖仰拱步距确定的设备，该隧道开挖仰拱步距确定的设备200可以是任意类型的智能终端，例如手机、平板电脑、个人计算机等。
具体地，该压紧控制的设备200包括：一个或多个控制处理器201和存储器202，图5中以一个控制处理器201为例。
控制处理器201和存储器202可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器202作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的压紧控制的方法对应的程序指令/模块，例如，图4中所示的输入单元1100、计算单元1200、建模单元1300、输出单元1400。控制处理器201通过运行存储在存储器202中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行隧道开挖仰拱步距确定的装置1000的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的隧道开挖仰拱步距确定的的方法。
存储器202可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据压紧控制的装置1000的使用所创建的数据等。此外，存储器202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器202可选包括相对于控制处理器201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该隧道开挖仰拱步距确定的的设备200。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器202中，当被一个或者多个控制处理器201执行时，执行上述方法实施例中的隧道开挖仰拱步距确定的的方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S7，实现图4中的单元1100-1400的功能。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行，例如，被图5中的一个控制处理器201执行，可使得上述一个或多个控制处理器201执行上述方法实施例中的隧道开挖仰拱步距确定的的方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S7，实现图4中的单元1100-1400的功能。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnly Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory,RAM)等。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.隧道开挖仰拱步距确定的方法，其特征在于：包括以下步骤：
输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；
使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；
得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；
建立隧道安全评判三维模型；
向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
2.根据权利要求1所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法，其特征在于：所述输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据中的数据包括：岩石坚硬度、岩石完整性、掌子面、仰拱步距、仰拱一次开挖长度、挖掘机械。
3.根据权利要求2所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法，其特征在于：所述使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值还包括：
构建围岩的本构模型；
提取围岩的岩石坚硬度、岩石完整性数据；
选择挖掘机械以及输入挖掘速度进行模拟计算；
得出围岩变形的安全临界值。
4.根据权利要求1所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法，其特征在于：所述得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据中的围岩级别包括围岩级别Ⅲ、围岩级别Ⅳ、围岩级别Ⅴ。
5.根据权利要求1所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法，其特征在于：所述建立隧道安全评判三维模型中的模型包括：围岩流变模型以及隧道开挖模型。
6.隧道开挖仰拱步距确定的装置，其特征在于：包括输入单元，用于输入历史工程设计以及详细施工资料中的数据；向隧道安全评判三维模型输入开挖目标隧道挖掘现场采集到的岩石检测数据；
计算单元，用于使用蠕变后效理论计算围岩变形的安全临界值；得出围岩级别对应的仰拱步距以及仰拱一次开挖长度的数据；计算得出目标隧道挖掘现场的围岩级别；
建模单元，用于建立隧道安全评判三维模型；
输出单元，用于输出仰拱步距、仰拱一次开挖长度以及挖掘天数数据。
7.隧道开挖仰拱步距确定的设备，其特征在于：包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1-5任一项所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-5任一项所述的隧道开挖仰拱步距确定的方法。
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