CN113127951A - 一种多孔空间小净距隧道设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程技术领域，为一种多孔空间小净距隧道设计方法，包括第一步，按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案；第二步，明确设计目标并制定各孔隧道开挖与支护的原则；第三步，根据各孔的相对位置关系拟定不同的开挖顺序组合；第四步，采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计；第五步，对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比与优选，得到开挖顺序与各孔隧道支护参数的最优解。该方案主要解决了多孔空间小净距隧道的施工顺序问题及多孔空间小净距隧道的支护参数量化设计问题。具有经济、安全、高效的特点。

Description

一种多孔空间小净距隧道设计方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种多孔空间小净距隧道设计方法。

背景技术

多孔空间小净距隧道为满足集约化用地和交通量增长需求，在同一场地密集修建2孔及以上、并行或叠(错)层的小净距隧道，隧道之间由于净距较小，空间交互关系复杂，支护结构承受的荷载随着隧道修建过程中相互扰动而变化，因此多孔空间小净距隧道的量化设计属于当今工程界的一大难题。

目前《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)和《公路隧道设计规范第一册土建工程》(JTG 3370.1-2018)等各行业设计规范均没有给出相关的荷载取值、支护参数计算方法。多孔空间小净距隧道的设计和分析主要依靠工程类比结合数值分析等方法，工程类比法本身无法对隧道的支护参数的安全性进行量化评价和设计，常规的数值分析方法可以模拟各孔隧道的施工过程，但仍存在以下三个方面的问题：(1)有限元分析对隧道的开挖与支护的模拟一般借助应力释放手段，其应力释放率的取值无法量化；(2)采用连续性介质模拟围岩将无法体现锚杆的支护效果；(3)数值分析常用的塑性区分布或者塑性区位置作为隧道开挖稳定性的判别标准，其本身无法精确反映出真实的破坏状态。

综上，既有的设计方法和理论无法对多孔空间小净距隧道的施工顺序与支护参数进行量化设计和分析。

发明内容

本发明提供了一种多孔空间小净距隧道设计方法，解决了以上所述的既有的设计方法和理论无法对多孔空间小净距隧道的施工顺序与支护参数进行量化设计和分析的技术问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种多孔空间小净距隧道设计方法，包括：

第一步，按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案；

第二步，明确设计目标并制定各孔隧道支护参数设计和开挖顺序的原则；

第三步，根据各孔的相对位置关系拟定不同的开挖顺序组合；

第四步，采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计；

第五步，对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比与优选，得到开挖顺序与各孔隧道支护参数的最优解。

可选的，各所述孔隧道支护参数设计包括初期支护参数和二次衬砌支护参数，所述开挖顺序为空间小净距隧道施作的先后顺序；

初期支护参数包含锚杆的规格、长度和间距，喷射混凝土的强度和厚度，钢架的类型和间距；

二次衬砌的支护参数包含二次衬砌混凝土强度、厚度与配筋参数。

可选的，所述第三步具体包括：将标高一致的若干隧道归类为一横排，从而将多孔隧道划分为多个横排，每一横排的隧道数量分别为自然数a、b、c…x，按照先下层后上层的施工顺序，根据排列组合的基本算法，可得施工顺序有M种：

可选的，所述第四步具体包括：

S41，第1孔洞的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算开挖后的最小支护力P11min；根据最小支护力得到设计支护力P11；②按总安全系数法得出第1孔隧道初期支护参数X1及其安全系数KX11，且KX11不小于1.8；

S42，第2孔隧道的初期支护计算：

①建立有限元模型，按初始地应力场计算：第1孔隧道和第2孔隧道同时开挖后的最小支护力P22min，乘以与S412步相同的系数后得到第2孔隧道的设计支护力P22，并得到第1孔的设计支护力P12；

②按总安全系数法得出第2孔隧道初期支护参数X2及其安全系数KX22，且KX22不小于1.8；

S43，其余第i孔隧道的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算该孔隧道及比其先开挖隧道同时开挖后的最小支护力Piimin，根据最小支护力Piimin乘以与S11步相同的系数后得到设计支护力Pii，并得出先行施工各孔的设计支护力P1i、P2i、…P(i-1)i；②按总安全系数法得出该孔隧道初期支护参数Xi及其安全系数KXii，且KXii不小于1.8；③重复步骤S43中的①和②，得到第n孔隧道的最小支护力Pnnmin以及设计支护力Pnn，同时得出先行施工各孔隧道的设计支护力P1n、P2n、…、Pin、…P(n-1)n；通过总安全系数法计算并得出最后一孔隧道初期支护参数Xn及其安全系数KXnn，且KXnn不小于1.8。

可选的，所述S41具体包括：

S411，最小支护力P11min的计算方法：建立有限元数值计算模型，施加初始应力场，开挖第1孔隧道，并通过应力释放的方式施加支护力，求解围岩破坏区，当施加的支护力与破坏区达到重力平衡时，该支护力即为最小支护力；

S412：设计支护力是在最小支护力基础上乘以系数，该系数根据隧道结构的重要性进行调整，范围为1.4～2.0；

S413：通过总安全系数法对第1孔隧道的初期支护参数进行计算，满足安全系数处于1.8～2.1的要求，得到第1孔隧道的初期支护参数X1及其安全系数KX11。

可选的，所述S43后包括：

S44，第1孔隧道的二次衬砌参数计算：①采用总安全系数法，按设计支护力P11计算第1孔隧道二次衬砌参数Y11及其安全系数KY11，其与KX11的总安全系数均不小于3.0；②采用总安全系数法，按设计支护力P12计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX12，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y12及其安全系数KY12；③采用总安全系数法，按设计支护力P1i计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1i，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1i及其安全系数KY1i；④采用总安全系数法，按设计支护力P1n计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1n，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1n及其安全系数KY1n；⑤综合Y11、Y12、…、Y1i、…、Y1n，按安全性能够包络各阶段的原则，取大值，得出最终二衬设计参数Y1；⑥重复步骤S44的①～④，得出第1孔隧道在初期支护参数X1和二次衬砌参数Y1的情况下的最终安全系数K1。

可选的，所述S44之后包括：

S45：第2孔隧道的二次衬砌参数计算：按所述步骤S4中的步骤②～⑥，得出第2孔隧道二次衬砌参数Y2，以及在第2孔隧道在初期支护参数X2、二次衬砌参数Y2情况下的最终安全系数K2。

可选的，所述S45之后包括：

S46，其余各孔隧道的二次衬砌参数计算：按步骤S4中的步骤③～⑥，得出第i孔隧道二次衬砌参数Yi，以及第i孔隧道在初期支护参数Xi和二次衬砌支护参数Yi情况下的最终安全系数Ki；直至计算值最后一孔隧道，得到第n孔隧道的二次衬砌参数Yn，以及第n孔隧道在初期支护参数Xn和二次衬砌参数Yn情况下的最终安全系数Kn；

S47：重复步骤S41～S46，计算对其他开挖顺序组合下各孔隧道支护参数，以及对应的最终安全系数。

可选的，所述第五步具体包括：

S51：可实施性分析与方案筛选，对各开挖顺序组合下的支护参数进行可实施性论证，根据经验舍弃一些超过当今施工水平或者现场不具备实施条件的开挖顺序组合下的隧道支护参数方案。

可选的，所述S51之后包括：

S52，经济性对比与方案优选，将各开挖顺序组合下的支护参数进行经济性评价，得到经济性最优的开挖顺序组合，至此，得到了经济、合理的开挖顺序与对应的各孔隧道的支护参数。

有益效果：本发明还提供了一种多孔空间小净距隧道设计方法，包括第一步，按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案；第二步，明确设计目标并制定各孔隧道支护参数设计和开挖顺序的原则；第三步，根据各孔的相对位置关系拟定不同的开挖顺序组合，依据隧道的相对位置关系，按照先下层后上层的施工顺序；第四步，采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计；第五步，对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比与优选，得到开挖顺序与各孔隧道支护参数的最优解。该方案主要解决了多孔空间小净距隧道的施工顺序问题及多孔空间小净距隧道的支护参数量化设计问题。具有经济效益高、安全且周期短的特点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明多孔空间小净距隧道设计方法的原理流程图；

图2为本发明多孔空间小净距隧道设计方法的隧道四孔空间小净距隧道分布图；

图3有限元计算的各阶段破坏区分布特征。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，本发明提供了一种多孔空间小净距隧道的设计方法，主要解决多孔隧道的施工顺序与支护参数设计优化难题，其典型特征为：第一步，按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案；第二步，明确设计目标并制定开挖与支护的原则；第三步，根据相对位置关系拟定不同的开挖顺序组合；第四步，任一开挖顺序组合下，计算各孔隧道在各施工顺序下的设计支护力，根据总安全系数法对各孔隧道初期支护与二次衬砌参数进行设计计算，原则为：初期支护需满足施工期荷载下的安全系数要求，二次衬砌施作后需要与初期支护共同承担后续孔洞开挖引起的支护力要求以及最终的总安全系数要求；第五步，对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比与优选，得到开挖顺序与各孔隧道支护参数的最优解。

具体的实施步骤如下：

第一步：按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案。

第二步：明确设计目标并制定开挖与支护的原则。

所述隧道设计包含各孔隧道支护参数设计和开挖顺序两个部分。

S21：各孔隧道支护参数设计包括：初期支护参数和二次衬砌支护参数；初期支护参数包括：锚杆的规格、长度和间距；喷射混凝土的强度和厚度；钢架的类型和间距；二次衬砌的支护参数包括二次衬砌混凝土强度、厚度与配筋参数；

S22：所述开挖顺序为空间小净距隧道施作的先后顺序；

确定上一个孔隧道二次衬砌施作完成后再开挖下一孔隧道的原则。

第三步：拟定多孔空间小净距隧道的开挖顺序组合。(或依据隧道的相对位置关系，按照先下层后上层的施工顺序)对各孔隧道进行编号，分别为1、2、3…n。

作为本发明的进一步说明，假设多孔空间小净距根据排布规律，将标高基本一致的若干隧道归类为一横排，可将多孔隧道划分为多个横排，每一横排的隧道数量分别为a、b、c…x，按照先下层后上层的施工顺序，根据排列组合的基本算法，可得施工顺序将有M种：

第四步：采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计。

S41：第1孔洞的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算开挖后的最小支护力P11min；根据最小支护力得到设计支护力P11；②按总安全系数法得出第1孔隧道初期支护参数X1及其安全系数KX11，且KX11不小于1.8～2.1。

S411：最小支护力P11min的计算方法：建立有限元数值计算模型，施加初始应力场，开挖第1孔隧道，并通过应力释放的方式施加支护力，求解围岩破坏区，当施加的支护力与破坏区达到重力平衡时，该支护力即为最小支护力；

S412：设计支护力是在最小支护力基础上乘以适当的系数，该系数根据隧道结构的重要性进行调整，一般为1.4～2.0；

S413：通过总安全系数法对第1孔隧道的初期支护参数进行计算，满足安全系数处于1.8～2.1的要求，得到第1孔隧道的初期支护参数X1及其安全系数KX11。

通过所述总安全系数法，可以对初期支护的安全系数进行计算，得到初期支护的总安全系数。

S42：第2孔隧道的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算：第1孔隧道和第2孔隧道同时开挖后的最小支护力P22min，乘以与S412步相同的系数后得到第2孔隧道的设计支护力P22，并得到第1孔的设计支护力P12；②按总安全系数法得出第2孔隧道初期支护参数X2及其安全系数KX22，且KX22不小于1.8～2.1。

S43：其余各孔隧道的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算该孔隧道及比其先开挖隧道同时开挖后的最小支护力Piimin，根据最小支护力Piimin乘以与S11步相同的系数后得到设计支护力Pii，并得出先行施工各孔的设计支护力P1i、P2i、…P(i-1)i；②按总安全系数法得出该孔隧道初期支护参数Xi及其安全系数KXii，且KXii不小于1.8～2.1。③重复步骤①和②，得到n孔隧道的最小支护力Pnnmin以及设计支护力Pnn，同时得出先行施工各孔隧道的设计支护力P1n、P2n、…、Pin、…P(n-1)n；通过总安全系数法计算并得出最后一孔隧道初期支护参数Xn及其安全系数KXnn，且KXnn不小于1.8～2.1。如下表1和表2所示：

表1各孔隧道在不同开挖顺序时的设计支护力

表2各孔隧道初期支护参数计算采用的设计支护力

S44：第1孔隧道的二次衬砌参数计算：①采用总安全系数法，按设计支护力P11计算第1孔隧道二次衬砌参数Y11及其安全系数KY11，其与KX11的总安全系数不小于3.0～3.6；②采用总安全系数法，按设计支护力P12计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX12，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0～3.6的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y12及其安全系数KY12；③采用总安全系数法，按设计支护力P1i计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1i，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0～3.6的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1i及其安全系数KY1i；④采用总安全系数法，按设计支护力P1n计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1n，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0～3.6的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1n及其安全系数KY1n；⑤综合Y11、Y12、…、Y1i、…、Y1n，按安全性能够包络各阶段的原则，取大值，得出最终二衬设计参数Y1；⑥重复步骤①～④，得出第1孔隧道在初期支护参数X1和二次衬砌参数Y1的情况下的最终安全系数K1。

S45：第2孔隧道的二次衬砌参数计算：按所述步骤S4中的步骤②～⑥，得出第2孔隧道二次衬砌参数Y2，以及在第2孔隧道在初期支护参数X2、二次衬砌参数Y2情况下的最终安全系数K2。

S46：其余各孔隧道的二次衬砌参数计算：按步骤S4中的步骤③～⑥，得出第i孔隧道二次衬砌参数Yi，以及第i孔隧道在初期支护参数Xi和二次衬砌支护参数Yi情况下的最终安全系数Ki；直至计算值最后一孔隧道，得到第n孔隧道的二次衬砌参数Yn，以及第n孔隧道在初期支护参数Xn和二次衬砌参数Yn情况下的最终安全系数Kn。

S47：重复步骤S41～S46，计算对其他开挖顺序组合下各孔隧道支护参数，以及对应的最终安全系数。如下表3所示：

附表3各孔隧道二次衬砌参数计算采用的设计支护力与设计过程

第五步：上述步骤得到了不同开挖顺序组合下的支护参数，即得到了特定开挖顺序下的各孔隧道的支护参数解，需要对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比，并进行支护方案优选。

S51：可实施性分析与方案筛选，对各开挖顺序组合下的支护参数进行可实施性论证，舍弃一些明显超过当今施工水平或者现场不具备实施条件的开挖顺序组合下的隧道支护参数方案；

S52：经济性对比与方案优选，将各开挖顺序组合下的支护参数进行经济性评价，得到经济性最优的开挖顺序组合，至此，得到了经济、合理的开挖顺序与对应的各孔隧道的支护参数。

为便于理解与应用，以下以一个具体的工程4孔空间小净距隧道为例，对设计方法的实施步骤进行阐述。

第一步：按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案，每孔隧道开挖宽度15.2m，高度11.6m，相对位置关系如下图所示。左下、右下、左上、右上四洞的编号分别为1、2、3、4。

第二步：明确隧道设计目标设计包含各孔隧道支护参数设计和开挖顺序两个部分；确定每孔隧道二衬施作完成后再开挖下一孔隧道的原则。

第三步：拟定多孔空间小净距隧道的开挖顺序组合，依据隧道的相对位置关系，按照先下层后上层的施工顺序，共4种组合方式：

开挖顺序组合一：1、2、3、4；

开挖顺序组合二：2、1、3、4；

开挖顺序组合三：1、2、4、3；

开挖顺序组合四：2、1、4、3；

第四步：采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计。

以开挖顺序组合一为例计算各孔隧道各阶段的设计支护力，通过有限元计算的各阶段破坏区分布特征如图3所示。

通过支护力与破坏区的重力平衡计算各孔隧道4个开挖阶段的最小支护力，并取2.0的系数得到各孔隧道在不同开挖顺序时的设计支护力，为了方便论述本发明的计算过程，设计支护力仅取拱部竖向荷载作为特征值，计算结果如下表4：

表4各孔隧道在不同开挖顺序时的设计支护力(kPa)

第1、2、3、4孔隧道初期支护的设计支护力取值分别为581.64kPa、641.88kPa、543.36kPa、369.78kPa，通过总安全系数法计算初期支护的安全系数需满足1.8～2.1的要求，为方便论述本发明的计算原理，初期支护参数仅以喷射混凝土厚度计，计算结果如下表5所示：

表5各孔隧道初期支护参数计算采用的设计支护力与计算结果

孔号	设计支护力(kPa)	初期支护(cm)	锚杆(m)
				1	581.64	32	4@1×1
2	641.88	28+17	4@1×1
				3	543.36	28	4@1×1
4	369.78	25	5@1×1

在各孔隧道初期支护参数确定的情况下，二次衬砌施作后需要与初期支护共同承担后续孔洞开挖引起的支护力要求以及最终的总安全系数要求。为方便论述本发明专利的基本原理，二次衬砌参数仅以混凝土的厚度和锚杆参数计(喷射混凝土采用C30，锚杆采用

中空注浆锚杆)，以孔号1隧道二次衬砌为例，需要与初期支护一同承受P11、P12、P13、P14四个阶段的荷载，初期支护与二衬衬砌总安全系数不小于3.0～3.6，然后将四个阶段的参数进行包络取值，最终得到二衬参数。各孔隧道二次衬砌的计算结果如下表6所示：

表6各孔隧道二次衬砌参数计算采用的设计支护力与计算结果

以上计算得到了在开挖顺序组合一下各孔隧道的支护参数，其余各孔按照相同方法进行支护参数计算，将得到7组不同的支护参数组合，具体的参数如下表7所示。

表7各开挖顺序组合支护参数的计算结果

第五步：上述步骤得到了不同开挖顺序组合下的支护参数，即得到了特定开挖顺序下的各孔隧道的支护参数，需要对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比，并进行支护方案优选。

经分析，开挖顺序组合一(1→2→3→4)，支护参数最具有经济优势，且支护参数合理，现场具备可实施条件，因此最终确定了本工程四孔小净距隧道的开挖顺序和各孔隧道的支护参数。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，包括：

第一步，按功能要求拟定各孔隧道结构断面的初步方案；

第二步，明确设计目标并制定各孔隧道开挖与支护的原则；

第三步，根据各孔的相对位置关系拟定不同的开挖顺序组合；

第四步，采用总安全系数法对任一开挖顺序组合下各孔隧道支护参数进行设计；

第五步，对不同开挖顺序组合下的支护参数进行经济性、可实施性对比与优选，得到开挖顺序与各孔隧道支护参数的最优解。

2.根据权利要求1所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，各所述孔隧道支护参数设计包括初期支护参数和二次衬砌支护参数，所述开挖顺序为空间小净距隧道施作的先后顺序；

初期支护参数包含锚杆的规格、长度和间距，喷射混凝土的强度和厚度，钢架的类型和间距；

二次衬砌的支护参数包含二次衬砌混凝土强度、厚度与配筋参数。

3.根据权利要求1所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述第三步具体包括：将标高一致的若干隧道归类为一横排，从而将多孔隧道划分为多个横排，每一横排的隧道数量分别为自然数a、b、c…x，按照先下层后上层的施工顺序，根据排列组合的基本算法，可得施工顺序有M种：

4.根据权利要求1所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述第四步具体包括：

S41，第1孔洞的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算开挖后的最小支护力P11min；根据最小支护力得到设计支护力P11；②按总安全系数法得出第1孔隧道初期支护参数X1及其安全系数KX11，且KX11不小于1.8；

S42，第2孔隧道的初期支护计算：

①建立有限元模型，按初始地应力场计算：第1孔隧道和第2孔隧道同时开挖后的最小支护力P22min，乘以与S412步相同的系数后得到第2孔隧道的设计支护力P22，并得到第1孔的设计支护力P12；

②按总安全系数法得出第2孔隧道初期支护参数X2及其安全系数KX22，且KX22不小于1.8；

S43，其余第i孔隧道的初期支护计算：①建立有限元模型，按初始地应力场计算该孔隧道及比其先开挖隧道同时开挖后的最小支护力Piimin，根据最小支护力Piimin乘以与S11步相同的系数后得到设计支护力Pii，并得出先行施工各孔的设计支护力P1i、P2i、…P(i-1)i；②按总安全系数法得出该孔隧道初期支护参数Xi及其安全系数KXii，且KXii不小于1.8；③重复步骤S43中的①和②，得到第n孔隧道的最小支护力Pnnmin以及设计支护力Pnn，同时得出先行施工各孔隧道的设计支护力P1n、P2n、…、Pin、…P(n-1)n；通过总安全系数法计算并得出最后一孔隧道初期支护参数Xn及其安全系数KXnn，且KXnn不小于1.8。

5.根据权利要求4所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述S41具体包括：

S411，最小支护力P11min的计算方法：建立有限元数值计算模型，施加初始应力场，开挖第1孔隧道，并通过应力释放的方式施加支护力，求解围岩破坏区，当施加的支护力与破坏区达到重力平衡时，该支护力即为最小支护力；

S412：设计支护力是在最小支护力基础上乘以系数，该系数根据隧道结构的重要性进行调整，范围为1.4～2.0；

S413：通过总安全系数法对第1孔隧道的初期支护参数进行计算，满足安全系数处于1.8～2.1的要求，得到第1孔隧道的初期支护参数X1及其安全系数KX11。

6.根据权利要求4所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述S43后包括：

S44，第1孔隧道的二次衬砌参数计算：①采用总安全系数法，按设计支护力P11计算第1孔隧道二次衬砌参数Y11及其安全系数KY11，其与KX11的总安全系数均不小于3.0；②采用总安全系数法，按设计支护力P12计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX12，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y12及其安全系数KY12；③采用总安全系数法，按设计支护力P1i计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1i，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1i及其安全系数KY1i；④采用总安全系数法，按设计支护力P1n计算第1孔隧道初期支护参数X1的安全系数KX1n，在保证初期支护与二次衬砌总安全系数不小于3.0的情况下，得出第1孔隧道的二衬参数Y1n及其安全系数KY1n；⑤综合Y11、Y12、…、Y1i、…、Y1n，按安全性能够包络各阶段的原则，取大值，得出最终二衬设计参数Y1；⑥重复步骤S44的①～④，得出第1孔隧道在初期支护参数X1和二次衬砌参数Y1的情况下的最终安全系数K1。

7.根据权利要求6所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述S44之后包括：

S45：第2孔隧道的二次衬砌参数计算：按所述步骤S4中的步骤②～⑥，得出第2孔隧道二次衬砌参数Y2，以及在第2孔隧道在初期支护参数X2、二次衬砌参数Y2情况下的最终安全系数K2。

8.根据权利要求7所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述S45之后包括：

S46，其余各孔隧道的二次衬砌参数计算：按步骤S4中的步骤③～⑥，得出第i孔隧道二次衬砌参数Yi，以及第i孔隧道在初期支护参数Xi和二次衬砌支护参数Yi情况下的最终安全系数Ki；直至计算值最后一孔隧道，得到第n孔隧道的二次衬砌参数Yn，以及第n孔隧道在初期支护参数Xn和二次衬砌参数Yn情况下的最终安全系数Kn；

S47：重复步骤S41～S46，计算对其他开挖顺序组合下各孔隧道支护参数，以及对应的最终安全系数。

9.根据权利要求1所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述第五步具体包括：

S51：可实施性分析与方案筛选，对各开挖顺序组合下的支护参数进行可实施性论证，根据经验舍弃一些超过当今施工水平或者现场不具备实施条件的开挖顺序组合下的隧道支护参数方案。

10.根据权利要求9所述的多孔空间小净距隧道设计方法，其特征在于，所述S51之后包括：

S52，经济性对比与方案优选，将各开挖顺序组合下的支护参数进行经济性评价，得到经济性最优的开挖顺序组合，至此，得到了经济、合理的开挖顺序与对应的各孔隧道的支护参数。

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