CN111027129A - 一种挤压性围岩隧道结构的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，包括：确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比、隧道开挖跨度及隧道埋深；以围岩强度应力比为横坐标、隧道开挖跨度及隧道埋深的函数为纵坐标，建立坐标系，确定横坐标和纵坐标的取值范围；以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标和纵坐标的取值范围确定结构荷载取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；确定各设计分区的结构设计参数、断面曲率优化措施和辅助结构措施；完成挤压性围岩隧道结构设计图表。本发明提供的挤压性围岩隧道结构设计方法，可快速确定支护衬砌参数和辅助结构措施，具有直观、简捷、快速、准确的优点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道设计技术领域，具体涉及一种挤压性围岩隧道结构的设计方法。
背景技术
目前，矿山法施工的隧道多采用复合式衬砌结构，复合式衬砌结构由初期支护、二次衬砌和敷设于二者间的防水层组成。其中初期支护由锚杆、喷射混凝土、钢拱架、钢筋网等支护形式中和一种或多种组合而成，也称为锚喷支护；二次衬砌为现浇模筑混凝土或钢筋混凝土。
目前，隧道复合式衬砌结构的设计方法中，尚未形成有效的同时考虑初期支护和二次衬砌的复合式衬砌结构的设计方法和计算方法，一般将初期支护和二次衬砌分开考虑。初期支护按工程类比法设计，再按荷载结构法或地层结构法检算结构内力，但初期支护安全性评价未能形成统一标准；二次衬砌按荷载结构法检算结构内力，有统一的二次衬砌安全性评价标准。
隧道衬砌结构设计流程为：根据功能要求的限界，拟定内轮廓线→根据工程类比拟定结构厚度→根据相应规范计算结构荷载→建立结构有限元计算模型→施加荷载和边界条件→计算结构内力→检算结构安全性是否满足要求→如不满足要求重新拟定结构型式和结构参数→直至满足要求为止。
挤压性围岩是隧道工程建造中一种典型的不良地质，是在高地应力条件下，隧道周边一定范围内易产生显著塑性变形或流变的岩体，具有高地应力、低强度、强流变的显著特征。挤压性围岩隧道施工中，围岩变形剧烈，变形量大，持续时间长，极易出现变形侵限、塌方，甚至二次衬砌压溃现象，使变形控制异常困难，施工风险极高。
目前挤压性围岩隧道结构设计时仍采用工程类比法，结构计算采用荷载结构法。其计算荷载不再按常规隧道的围岩等级确定，而采用基于预测变形潜势的变形等级确定。严重及极严重变形等级情况下，采用了优化断面曲率、多层支护、让压支护等辅助结构措施。
现有常用的围岩隧道结构的设计方法多采用挪威法支护设计图表，自20世纪80年代初以来，湿喷钢纤维增强喷射混凝土(SFRS)与岩石锚杆一起成为挪威地下洞室永久性岩石支撑的主要组成部分。根据经验，Grimstad和Barton(1993)根据1260案例记录使用SFRS提出了不同的支护设计图表，如图1所示。
图1中纵坐标为等效直径，为开挖跨度或高度与开挖支护比的比值，对于公路铁路隧道，开挖支护比取1.0，横坐标为岩体质量Q分级方法中的Q取值。
图1所示的设计方法包括：
1、基于国外的Q系统围岩分级方法；
2、围岩因素考虑Q值，隧道因素考虑等效直径；
3、隧道结构采用挪威法中的湿喷钢纤维增强喷射混凝土；
4、根据Q和隧道等效直径取值，将交叉区域分为9个设计参数取值区，不同区域采用不同的结构设计参数。
现有挪威法支护设计图表等设计方法存在的缺陷为：
1、国外挪威法设计图表基于Q围岩分级系统，不适用于我国以围岩稳定性为基础的分级方法，而且其仅适用于以喷射混凝土为主要受力结构的挪威法，为针对所有围岩类型，不是针对某种特定的围岩条件；
2、目前国内外采用的工程类比+荷载结构法计算内力+强度检算的设计方法，适用于一般围岩条件，不适用于挤压性围岩。在采用工程类比+荷载结构法计算内力+强度检算方法进行挤压性围岩隧道结构设计时，需要拟定断面及结构参数的多次试算，计算过程复杂，而且不能确定何时采用多层支护、让压支护等辅助结构措施。
发明内容
针对现在技术存在的上述缺陷，本发明提供一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，该设计方法为针对挤压性围岩的隧道结构设计图表，可快速确定支护衬砌参数和辅助结构措施，具有直观、简捷、快速、准确的优点。
本发明公开了一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，包括：
确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H；
以所述围岩强度应力比Rcm/P0为横坐标x、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数为纵坐标y，建立坐标系，确定横坐标x和纵坐标y的取值范围；
以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标x和纵坐标y的取值范围确定结构荷载q取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；
基于历史统计数据、现场测试数据和推荐的结构设计参数，确定各设计分区的结构设计参数、断面曲率优化措施和辅助结构措施；
完成挤压性围岩隧道结构设计图表。
作为本发明的进一步改进，所述确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H；包括：
考虑挤压性围岩隧道特点，采用地层结构法进行隧道结构稳定性分析，并采用荷载结构法进行结构承载能力检算，分析各影响因素的影响程度；其中，所述影响因素包括地质因素和工程因素，所述地质因素包括围岩岩性、初始地应力P0、围岩强度Rcm、弹性模量E、泊松比μ、内聚力c、内摩擦角
完整程度Kv和围岩强度应力比Rcm/P0，所述工程因素包括隧道断面形状、隧道开挖跨度Bt、开挖高度Ht、隧道埋深H、支护刚度K、支护时机t和支护相对变形u/a；
基于各影响因素的影响程度大小，确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H。
作为本发明的进一步改进，所述纵坐标y的取值范围为0.8～1.6，所述横坐标x的取值范围为0～0.5。
作为本发明的进一步改进，所述以所述围岩强度应力比Rcm/P0为横坐标x、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数为纵坐标y，建立坐标系，确定横坐标x和纵坐标y的取值范围；包括：
以所述围岩强度应力比x＝Rcm/P0为横坐标、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数y＝f(Bt,H)为纵坐标，建立坐标系；
根据挤压性围岩隧道垂直均布压力表达式，得到纵坐标函数表达式；其中，
纵坐标函数表达式为：
式中，
Bt为隧道开挖跨度(m)；
H为隧道埋深(m)；
e为自然常数；
取开挖跨度Bt＝3～25m，隧道埋深H＝100～2000m，得y＝0.831～1.593，确定纵坐标y取值为0.8～1.6；
根据大变形等级S与强度应力比Rcm/P0的对应关系，确定横坐标x的取值范围为0～0.5。
作为本发明的进一步改进，所述以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标x和纵坐标y的取值范围确定结构荷载q取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；包括：
基于横坐标x和纵坐标y的取值范围，确定结构荷载q取值范围为0.17～1.89MPa；
基于结构荷载q的取值范围，确定结构荷载q的特征值为0.3、0.4、0.55、0.8、1.1、1.5MPa，将x、y图表分为7个设计分区；
基于结构荷载q的特征值和横坐标x和纵坐标y的取值，确定分界线位置。
作为本发明的进一步改进，所述确定各设计分区的结构设计参数，包括：
分析所述历史统计数据，喷射混凝土标号采用C25以上，喷射混凝土厚度为25～35cm；钢架采用型钢，钢架间距为0.5～0.8m；锚杆长度为4～18m，模筑混凝土标号采用C35以上，模筑混凝土厚度为45～65cm；
根据上述分析结果，考虑荷载分界线、变形等级、开挖跨度及埋深，确定各设计分区的结构设计参数。
作为本发明的进一步改进，确定各设计分区的结构设计参数为：
设计(1)区采用I20钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25cm，模筑C35以上混凝土厚度45cm；
设计(2)区采用I20～I22钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25～27cm，模筑C35以上混凝土厚度45～50cm；
设计(3)区采用I22～H175钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度27～30cm，模筑C35以上混凝土厚度50～55cm；
设计(4)区采用H175钢架，纵向间距0.5～0.8m，喷射C25以上混凝土厚度30～35cm，模筑C35以上混凝土厚度55～65cm；
设计(5)、(6)、(7)区在采用在设计(4)区结构设计参数基础上，采用断面曲率优化及辅助结构措施；
锚杆或锚索的长度设计参数根据坐标位置选取。
作为本发明的进一步改进，确定各设计分区的断面曲率优化措施为：
设计(5)、(6)区采用优化曲率断面措施；
设计(7)区采用圆形断面。
作为本发明的进一步改进，确定各设计分区的辅助结构措施为：
设计(6)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固一种或多种；
设计(7)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固、吸能减压结构、仰拱钢桁架结构的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的挤压性围岩隧道结构设计方法，可快速确定支护衬砌参数和辅助结构措施，具有直观、简捷、快速、准确的优点；特别是可以确定优化断面曲率，及多层支护、递进式锚固、让压构件、吸能减压结构及仰拱钢桁架结构等辅助结构措施的使用时机。
附图说明
图1为现有湿喷钢纤维增强喷射混凝土(SFRS)支护设计图表；图2为本发明一种实施例公开的挤压性围岩隧道结构的设计方法的流程图；
图3为本发明一种实施例公开的x-y坐标系及设计分区的示意图；
图4为本发明一种实施例公开的挤压性围岩隧道结构设计图表；
图5为本发明一种实施例公开的设计图表的应用示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
目前国内外采用的工程类比+荷载结构法计算内力+强度检算的设计方法，适用于一般围岩条件，不适用于挤压性围岩。在采用工程类比+荷载结构法计算内力+强度检算方法进行挤压性围岩隧道结构设计时，需要拟定断面及结构参数的多次试算，计算过程复杂，而且不能确定何时采用多层支护、让压支护等辅助结构措施。
为此，本发明提供一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，该设计方法可快速确定支护衬砌参数和辅助结构措施，具有直观、简捷、快速、准确的优点；特别是可以确定优化断面曲率，及多层支护、递进式锚固、让压构件、吸能减压结构及仰拱钢桁架结构等辅助结构措施的使用时机。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图2所示，本发明提供一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，包括：
步骤1、确定影响隧道结构设计的关键影响因子：
确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H；
具体为：
隧道结构设计包括隧道断面形状、断面大小、结构(支护、衬砌)参数、辅助措施等。影响隧道结构设计的影响因子包括地质因素和工程因素两大类，其中地质因素包括围岩岩性、初始地应力P0、围岩强度Rcm、弹性模量E、泊松比μ、内聚力c、内摩擦角
完整程度Kv、强度应力比Rcm/P0等，工程因素包括隧道断面形状、开挖跨度Bt、开挖高度Ht、覆盖层厚度(埋深)H、支护刚度K、支护时机t、支护相对变形u/a等；
考虑挤压性围岩隧道特点，通过采用地层结构法进行隧道结构稳定性分析，并采用荷载结构法进行结构承载能力检算，分析各种影响因素的影响程度，确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0(围岩因子)、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H(工程因子)。
步骤2、建立坐标系，确定关键影响因子取值范围：
以围岩强度应力比Rcm/P0为横坐标x、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数为纵坐标y，建立坐标系，确定横坐标x和纵坐标y的取值范围；
具体为：
建立以工程因子隧道开挖跨度Bt和隧道埋深H的函数y＝f(Bt,H)为纵坐标，以围岩因子强度应力比x＝Rcm/P0为横坐标的坐标系。
(1)纵坐标y＝f(Bt,H)的函数表达式及取值范围
根据发明人提出的列入《铁路挤压性围岩隧道技术规范》(Q/CR9521-2019)的挤压性围岩隧道垂直均布压力表达式
式中，
q——垂直均布压力，即结构荷载(MPa)；
Bt——隧道开挖跨度(m)；
H——隧道埋深(m)；
S——挤压大变形等级，S＝1，2，3，4对应的大变形等级S分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，勘察设计阶段按变形潜势初步判定大变形等级取值，在施工阶段根据实测变形量确认的大变形等级进行修正；
e——自然常数，e＝2.718281828；
得纵坐标函数表达式
取开挖跨度Bt＝3～25m，隧道埋深H＝100～2000m，得y＝0.831～1.593，确定纵坐标y取值为0.8～1.6。
(2)横坐标x＝Rcm/P0取值范围
根据发明人提出的列入《铁路挤压性围岩隧道技术规范》(Q/CR9521-2019)的大变形等级S与强度应力比Rcm/P0的对应关系，如表1所示。
表1挤压性围岩等级划分标准
| 变形等级S | 变形潜势 | 围岩强度应力比R<sub>cm</sub>/P<sub>0</sub> | 预测支护相对变形u/a |
| 1 | 轻微 | 0.30≥R<sub>cm</sub>/P<sub>0</sub>＞0.20 | 2％≤u/a＜4％ |
| 2 | 中等 | 0.20≥R<sub>cm</sub>/P<sub>0</sub>＞0.15 | 4％≤u/a＜6％ |
| 3 | 强烈 | 0.15≥R<sub>cm</sub>/P<sub>0</sub>＞0.10 | 6％≤u/a＜8％ |
| 4 | 极强烈 | 0.10≥R<sub>cm</sub>/P<sub>0</sub> | 8％≤u/a＜4％ |
各级大变形对应围岩强度应力比Rcm/P0≤0.3，考虑向常规变形的延伸，确定横坐标x的取值范围0～0.5。
步骤3、确定设计分区及分界线位置：
以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标x和纵坐标y的取值范围确定结构荷载q取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；
具体为：
(1)设计分区依据
根据目前隧道结构设计时采用的荷载结构法，及上述确定的影响隧道结构设计的关键影响因子及坐标系，确定按结构荷载取值q作为设计分区的依据。
(2)确定结构荷载q取值范围、特征值及设计分区数量
根据表1中变形等级S与围岩强度应力比x＝Rcm/P0对应关系，拟合关系式
S＝8.27·e-7.03x (3)
将式(2)、式(3)代入式(1)，得q＝f(x,y)关系式
将步骤2中的x、y取值范围代入式(4)，得q取值范围0.17～1.89MPa。根据不同变形等级的计算荷载和大量隧道结构参数数值计算结果，取q特征值为0.3、0.4、0.55、0.8、1.1、1.5MPa，从而将图表分为7个设计区。
(3)确定x-y坐标系设计分区的分界线位置
由式(5)得
将q＝0.3、0.4、0.55、0.8、1.1、1.5及y＝0.8、1.0、1.2、1.4、1.6代入式(5)，可得分界线位置如图3所示。
步骤4、确定各设计分区的结构设计参数、断面曲率优化措施和辅助结构措施：
调研国内外共87座(其中国外55座、国内32座)典型挤压性围岩隧道结构设计案例，统计结构断面型式、支护及衬砌参数、辅助结构措施等，结合大量现场变形测试、数值计算，以及《铁路挤压性围岩隧道技术规范》(Q/CR 9521-2019)推荐的结构设计参数，确定各设计分区的结构设计参数、断面曲率优化措施和辅助结构措施；
具体为：
(1)确定各设计分区结构设计参数
根据统计情况，喷射混凝土标号目前均采用C25以上，喷射混凝土厚度25～35cm；钢架多采用型钢，型号有I20、I22、H175等，钢架间距0.5～0.8m；锚杆(索)长度4～18m；模筑混凝土标号目前均采用C35以上，模筑混凝土厚度45～65cm。各设计分区参数根据上述分析结果，考虑荷载分界线、变形等级、开挖跨度及埋深等参数确定取值；
具体为：
设计(1)区采用I20钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25cm，模筑C35以上混凝土厚度45cm；
设计(2)区采用I20～I22钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25～27cm，模筑C35以上混凝土厚度45～50cm；
设计(3)区采用I22～H175钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度27～30cm，模筑C35以上混凝土厚度50～55cm；
设计(4)区采用H175钢架，纵向间距0.5～0.8m，喷射C25以上混凝土厚度30～35cm，模筑C35以上混凝土厚度55～65cm；
设计(5)、(6)、(7)区在采用在设计(4)区结构设计参数基础上，采用断面曲率优化及辅助结构措施；
锚杆或锚索的长度设计参数根据坐标位置选取。
(2)确定各设计分区断面曲率优化措施
隧道断面曲率优化是挤压性围岩隧道变形控制的重要措施，特别是对于单线隧道如不采取断面曲率优化措施，很容易造成支护结构局部应力集中、支护破坏而使隧道结构失稳。根据调研统计结果，2～3级变形开始采用断面曲率优化措施，3～4级变形开始采用圆形断面。
具体为：
设计(5)、(6)区采用优化曲率断面措施；设计(7)区采用圆形断面。
(3)确定各设计分区辅助结构措施
目前采用的挤压性围岩隧道辅助结构措施包括多层支护、递进式锚固、让压构件、吸能减压结构及仰拱钢桁架结构等。根据调研统计结果，2～3级变形开始采用递进式锚固、让压构件、多层支护等结构措施的一种或多种，3～4级变形开始采用吸能减压结构、仰拱钢桁架等结构措施的一种或多种。
具体为：
设计(6)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固一种或多种；设计(7)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固、吸能减压结构、仰拱钢桁架结构的一种或多种。
步骤5、完成挤压性围岩隧道结构设计图表：
设计图表如图4所示。
本发明的优点为：
本发明提供的挤压性围岩隧道结构设计方法，可快速确定支护衬砌参数和辅助结构措施，具有直观、简捷、快速、准确的优点；特别是可以确定优化断面曲率，及多层支护、递进式锚固、让压构件、吸能减压结构及仰拱钢桁架结构等辅助结构措施的使用时机。
实施例：
如图5所示，某挤压性围岩隧道为双线铁路隧道，设计开挖跨度Bt＝14.0m，隧道埋深H＝550m，围岩强度应力比Rcm/P0＝0.16(预测变形等级为2级)，则x＝0.16，y＝1.394，得A(0.16,1.394)，对应图4中设计分区位置；实际中采用单层支护，喷层厚35cm，H175@0.5m，锚杆长度6.5m，二次衬砌混凝土厚度65cm，采取优化断面曲率措施；经过本发明的设计方法，可得到结构设计图如图5所示。
本发明设计方法的应用检验：
本发明设计方法经兰新二线乌鞘岭隧道、青藏铁路西格段关角隧道、兰渝铁路两水隧道、木寨岭隧道、丽香铁路长坪隧道、中义隧道等典型挤压性围岩隧道不同大变形等级的支护、衬砌结构设计检验，通过结构安全性检算，检算结果表明，衬砌结构满足规范抗压及抗裂要求，现场施工变形得到有效控制，结构安全，隧道稳定。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
1.一种挤压性围岩隧道结构的设计方法，其特征在于，包括：
确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H；
以所述围岩强度应力比Rcm/P0为横坐标x、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数为纵坐标y，建立坐标系，确定横坐标x和纵坐标y的取值范围；
以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标x和纵坐标y的取值范围确定结构荷载q取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；
基于历史统计数据、现场测试数据和推荐的结构设计参数，确定各设计分区的结构设计参数、断面曲率优化措施和辅助结构措施；
完成挤压性围岩隧道结构设计图表。
2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H；包括：
考虑挤压性围岩隧道特点，采用地层结构法进行隧道结构稳定性分析，并采用荷载结构法进行结构承载能力检算，分析各影响因素的影响程度；其中，所述影响因素包括地质因素和工程因素，所述地质因素包括围岩岩性、初始地应力P0、围岩强度Rcm、弹性模量E、泊松比μ、内聚力c、内摩擦角
完整程度Kv和围岩强度应力比Rcm/P0，所述工程因素包括隧道断面形状、隧道开挖跨度Bt、开挖高度Ht、隧道埋深H、支护刚度K、支护时机t和支护相对变形u/a；
基于各影响因素的影响程度大小，确定挤压性围岩隧道结构设计的关键影响因子为围岩强度应力比Rcm/P0、隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H。
3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述纵坐标y的取值范围为0.8～1.6，所述横坐标x的取值范围为0～0.5。
4.如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述以所述围岩强度应力比Rcm/P0为横坐标x、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数为纵坐标y，建立坐标系，确定横坐标x和纵坐标y的取值范围；包括：
以所述围岩强度应力比x＝Rcm/P0为横坐标、所述隧道开挖跨度Bt及隧道埋深H的函数y＝f(Bt,H)为纵坐标，建立坐标系；
根据挤压性围岩隧道垂直均布压力表达式，得到纵坐标函数表达式；其中，
纵坐标函数表达式为：
式中，
Bt为隧道开挖跨度(m)；
H为隧道埋深(m)；
e为自然常数；
取开挖跨度Bt＝3～25m，隧道埋深H＝100～2000m，得y＝0.831～1.593，确定纵坐标y取值为0.8～1.6；
根据大变形等级S与强度应力比Rcm/P0的对应关系，确定横坐标x的取值范围为0～0.5。
5.如权利要求3所述的设计方法，其特征在于，所述以结构荷载取值作为设计分区的依据，基于横坐标x和纵坐标y的取值范围确定结构荷载q取值范围、特征值、设计分区数量和分界线位置；包括：
基于横坐标x和纵坐标y的取值范围，确定结构荷载q取值范围为0.17～1.89MPa；
基于结构荷载q的取值范围，确定结构荷载q的特征值为0.3、0.4、0.55、0.8、1.1、1.5MPa，将x、y图表分为7个设计分区；
基于结构荷载q的特征值和横坐标x和纵坐标y的取值，确定分界线位置。
6.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述确定各设计分区的结构设计参数，包括：
分析所述历史统计数据，喷射混凝土标号采用C25以上，喷射混凝土厚度为25～35cm；钢架采用型钢，钢架间距为0.5～0.8m；锚杆长度为4～18m，模筑混凝土标号采用C35以上，模筑混凝土厚度为45～65cm；
根据上述分析结果，考虑荷载分界线、变形等级、开挖跨度及埋深，确定各设计分区的结构设计参数。
7.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，确定各设计分区的结构设计参数为：
设计(1)区采用I20钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25cm，模筑C35以上混凝土厚度45cm；
设计(2)区采用I20～I22钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度25～27cm，模筑C35以上混凝土厚度45～50cm；
设计(3)区采用I22～H175钢架，纵向间距0.8m，喷射C25以上混凝土厚度27～30cm，模筑C35以上混凝土厚度50～55cm；
设计(4)区采用H175钢架，纵向间距0.5～0.8m，喷射C25以上混凝土厚度30～35cm，模筑C35以上混凝土厚度55～65cm；
设计(5)、(6)、(7)区在采用在设计(4)区结构设计参数基础上，采用断面曲率优化及辅助结构措施；
锚杆或锚索的长度设计参数根据坐标位置选取。
8.如权利要求7所述的设计方法，其特征在于，确定各设计分区的断面曲率优化措施为：
设计(5)、(6)区采用优化曲率断面措施；
设计(7)区采用圆形断面。
9.如权利要求7所述的设计方法，其特征在于，确定各设计分区的辅助结构措施为：
设计(6)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固一种或多种；
设计(7)区采用让压构件、多层支护、递进式锚固、吸能减压结构、仰拱钢桁架结构的一种或多种。
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