CN114282420A - 软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法 - Google Patents

软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法 Download PDF

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CN114282420A CN202111635102.7A CN202111635102A CN114282420A CN 114282420 A CN114282420 A CN 114282420A CN 202111635102 A CN202111635102 A CN 202111635102A CN 114282420 A CN114282420 A CN 114282420A
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褚存
娄西慧
张明
张国浩
郭佳嘉
夏欢
唐程
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CCCC Second Harbor Engineering Co
China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
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CCCC Second Harbor Engineering Co
China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
CCCC SHEC Fourth Engineering Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，包括：构建隧道及其围岩在自然状态下的三维模型；进行模拟开挖，计算掌子面安全系数达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ；进行现场试验，监测开挖每循环引起的隧道掌子面中心位置处的最大挤出变形量及变形影响深度；将试验段中每开挖循环测出的掌子面最大挤出变形量反演围岩的力学参数Ⅱ，保持玻璃纤维筋的长度不变，重新计算掌子面安全系数达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ；进行模拟开挖，计算开挖过程中每个开挖循中环掌子面不同残留长度的玻璃纤维筋对应的掌子面最大挤出位移及安全系数；确定施工过程中玻璃纤维筋的最优搭接长度，固加参数设计考虑安全性的同时，兼顾经济性。

Description

软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法
技术领域
本发明属于软土隧道施工技术领域，更具体地，本发明涉及一种软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法。
背景技术
目前我国的隧道多采用新奥法进行施工，以锚杆喷射混凝土的柔性支护体系为主，强调开挖后及时支护以充分发挥围岩的自承能力。但新奥法忽视了隧道超前核心土对隧道变形的控制作用，因此在软土地层中新奥法往往施工困难。而岩土体变形控制法(新意法)强调通过对隧道掌子面的超前核心土进行改良加固来维持掌子面的稳定，进而进行大断面开挖从而提高施工效率。
但对掌子面进行加固时，若使用的玻璃纤维筋数量较多，则会增加投资成本，降低施工效率。若使用的玻璃纤维长度较短，数量较少，则不利于施工安全。目前行业内对掌子面预加固所花费的成本均处于一个较高的水平，用于掌子面加固所花费的时间较多，施工效率相对低下，也不利于资源节约及环保。
发明内容
本发明提供一种软土隧道掌子面的加固玻璃纤维筋参数获取方法，旨在改善上述问题。
本发明是这样实现的，一种软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，所述方法具体包括如下步骤：
S1、构建隧道及其围岩在自然状态下的三维模型；
S2、进行模拟开挖，计算掌子面安全系数F1达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ；
S3、基于玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ进行现场试验，试验多个开挖循环，监测开挖每循环引起的隧道掌子面中心位置处的最大挤出变形量di及变形影响深度Di；
S4、将试验段中每开挖循环测出的掌子面最大挤出变形量di反演围岩的力学参数Ⅱ，保持玻璃纤维筋的长度L1不变、基于围岩力学参数Ⅱ重新计算掌子面安全系数达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ；
S5、基于玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ进行模拟开挖，基于围岩力学参数Ⅱ计算开挖过程中每个开挖循中环掌子面不同残留长度的玻璃纤维筋对应的掌子面最大挤出位移及安全系数；
S6、基于不同残留长度对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数的关系曲线来确定施工过程中玻璃纤维筋的最优搭接长度，确定玻璃纤维筋的长度L2，即确定玻璃纤维筋的加固参数。
进一步的，所述玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ获取方法具体如下：
S21、设定隧道掌子面玻璃纤维筋的初始加固参数，初始加固参数的长度为L0，环向间距为R0；
S22、基于玻璃纤维筋的初始加固参数计算掌子面安全系数F1；
S23、若掌子面安全系数F1大于设定值，则增大玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，若掌子面安全系数F1小于设定值，则减小玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，直至获取掌子面的安全系数F1达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数即为加固参数Ⅰ。
进一步的，玻璃纤维筋的最优搭接长度S获取方法具体如下：
模拟工况中以掌子面玻璃纤维筋残留长度l0为分界线，每增加或减少△l为一个模拟工况，形成少于设定数量的模拟工况；
以不同残留长度为横坐标，对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数为纵坐标建立关系曲线；
在安全系数在1.5～2之间获取掌子面最大挤出变形量变化率最大点s，对点s应的玻璃纤维筋残留长度即为最优搭接长度。
进一步的，玻璃纤维筋的长度L2＝n(max{Di}+S)；
max{Di}为现场试验中所有开挖循环引起的掌子面变形影响深度Di最大值，n的取值范围宜为2～4。
进一步的，玻璃纤维筋的直径Φ为25mm。
进一步的，掌子面安全系数F1的设定值取值范围为1.5～2。
本发明通过数值模拟初步确定掌子面加固的设计参数，保证试验段的施工安全，然后通过试验段进行反演修正围岩参数，保证计算结果的准确性及可靠性，以掌子面安全系数为指标进行掌子面加固参数的修正，并通过多工况的模拟优化搭接长度，固加参数设计考虑安全性的同时，兼顾经济性。
附图说明
图1为本发明提供的软土隧道掌子面的加固玻璃纤维筋参数获取方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基于玻璃纤维筋的隧道掌子面加固示意图；
图3为本发明实施例提供的玻璃纤维将在隧道掌子面上的分布示意图；
图4为本发明实施例提供的最优搭接长度确定方法示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
图1为本发明提供的软土隧道掌子面的加固玻璃纤维筋参数获取方法流程图，该方法具体包括如下步骤：
S1、基于有限差分计算软件FLAC3D构建隧道及其围岩的三维模型，向三维模型中输入地勘报告中的围岩力学参数Ⅰ，三维模型反演出围岩的初始场地条件；
初始场地条件包含：地应力场及渗流场，若场地无渗流影响或渗流影响较小，可无需反演渗流场，反演完成后，对初始地应力场的位移及速度归零处理。
S2、基于施工工法进行模拟开挖，计算掌子面安全系数F1达到1.5时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ，加固参数Ⅰ中的玻璃纤维筋长度为L1、环向间距为R1及数量为N1，环向间距R1如图3所示，基于玻璃纤维筋的隧道掌子面的加固示意图如图2所示；
在本发明实施例中，玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ获取方法具体如下：
S21、设定隧道掌子面玻璃纤维筋的初始加固参数，初始加固参数中的为长度L0＝20m，环向间距R0＝1.5m，基于隧道掌子面积即可确定玻璃纤维筋的数量N0；
S22、基于隧道掌子面玻璃纤维筋的初始加固参数，采用强度折减法计算掌子面安全系数F1；
S23、若掌子面安全系数F1＞1.5，则增大玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，若掌子面安全系数F1＜1.5，则减小玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，获取掌子面的安全系数F1达到1.5时所需玻璃纤维筋的加固参数即为加固参数Ⅰ。
S3、对试验段进行现场试验，试验段的开挖长度为0.4L1，采用玻璃纤维筋的初步加固参数对隧道掌子面进行加固，并在预埋深部土体水平位移监测装置，监测开挖每循环引起的隧道掌子面中心位置处的最大挤出变形量di及变形影响深度Di；
S4、基于施工工法进行开挖，开挖多个循环，每开挖一个循环待变形稳定后，读取当前循环掌子面的最大挤出变形量di及变形影响深度Di；
S5、将试验段中每开挖循环后测出的掌子面最大挤出变形量di反演围岩的力学参数Ⅱ，保持玻璃纤维筋长度L1不变，基于围岩力学参数Ⅱ重新计算掌子面安全系数达到1.5时的玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ，加固参数Ⅱ中的玻璃纤维筋长度为L1、环向间距为R2以及数量为N2；
S6、以玻璃纤维筋的环向间距R2、数量N2及长度L1的加固参数进行模拟开挖，基于围岩力学参数Ⅱ计算开挖过程中每个开挖循中环掌子面不同残留长度的玻璃纤维筋对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数，基于不同残留长度对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数的关系曲线来确定施工过程中玻璃纤维筋的最优搭接长度S；
在本发明实施例中，玻璃纤维筋的最优搭接长度S获取方法具体如下：
模拟工况中以掌子面玻璃纤维筋残留长度6m为分界线，每增加或减少0.5m为一个模拟工况，形成少于10个模拟工况；
以不同残留长度为横坐标，对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数为纵坐标建立关系曲线；
在安全系数在1.5～2之间确定掌子面的最大挤出变形量变化率最大的点s，点s对应的玻璃纤维筋残留长度即为最优搭接长度S，如图4所示。
S7、玻璃纤维筋的最小一次性施工长度L2＝n(max{Di}+S)。
max{Di}为现场试验中所有开挖循环引起的掌子面变形影响深度最大值，n的取值范围宜为2～4，n的取值考虑玻璃纤维筋的施工设备一次性的最大施工长度及效率，玻璃纤维筋的最小一次性施工长度L2不宜小于20m。
在本发明实施例中，玻璃纤维筋的直径均采用标准值Φ25mm。
本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
S1、构建隧道及其围岩在自然状态下的三维模型；
S2、进行模拟开挖，计算掌子面安全系数达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ；
S3、基于玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ进行现场试验，监测开挖每循环引起的隧道掌子面中心位置处的最大挤出变形量及变形影响深度；
S4、将试验段中每开挖循环测出的掌子面最大挤出变形量反演围岩的力学参数Ⅱ，保持玻璃纤维筋的长度不变、基于围岩力学参数Ⅱ重新计算掌子面安全系数达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ；
S5、基于玻璃纤维筋的加固参数Ⅱ进行模拟开挖，基于围岩力学参数Ⅱ计算开挖过程中每个开挖循中环掌子面不同残留长度的玻璃纤维筋对应的掌子面最大挤出位移及安全系数；
S6、基于不同残留长度对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数的关系曲线来确定施工过程中玻璃纤维筋的最优搭接长度，确定玻璃纤维筋的最终长度L2。
2.如权利要求1所述软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，所述玻璃纤维筋的加固参数Ⅰ获取方法具体如下：
S21、设定隧道掌子面玻璃纤维筋的初始加固参数，初始加固参数的长度为L0，环向间距为R0；
S22、基于玻璃纤维筋的初始加固参数计算掌子面安全系数F1；
S23、若掌子面安全系数F1大于设定值，则增大玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，若掌子面安全系数F1小于设定值，则减小玻璃纤维筋的环向间距R2，执行步骤S22，直至获取掌子面的安全系数F1达到设定值时所需玻璃纤维筋的加固参数即为加固参数Ⅰ。
3.如权利要求1所述软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，玻璃纤维筋的最优搭接长度S获取方法具体如下：
模拟工况中以掌子面玻璃纤维筋残留长度l0为分界线，每增加或减少△l为一个模拟工况，形成少于设定数量的模拟工况；
以不同残留长度为横坐标，对应的掌子面最大挤出变形量及安全系数为纵坐标建立关系曲线；
在安全系数在1.5～2之间获取掌子面最大挤出变形量变化率最大点s，对点s应的玻璃纤维筋残留长度即为最优搭接长度。
4.如权利要求1所述软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，玻璃纤维筋的长度L2＝n(max{Di}+S)；
max{Di}为现场试验中所有开挖循环引起的掌子面变形影响深度Di最大值，n的取值范围宜为2～4。
5.如权利要求1所述软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，玻璃纤维筋的直径Φ为25mm。
6.如权利要求1所述软土隧道掌子面的玻璃纤维筋加固参数获取方法，其特征在于，掌子面安全系数F1的设定值取值范围为1.5～2。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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