CN115577515A - 一种极限支护力计算方法及装置、电子设备、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极限支护力计算方法及装置、电子设备、存储介质，该计算方法先基于土拱效应建立楔形体‑棱柱体模型并确定棱柱体的高度和宽度，然后根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数，再通过土体参数折减系数对棱柱体的侧压力系数进行折减，最后基于棱柱体的侧压力系数和楔形体‑棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。考虑了松散液化地层在实际盾构隧道施工时出现的地基液化现象，基于地基液化指数确定土体参数折减系数后对土体抗剪强度指标进行了折减，同时兼顾了土拱效应和地基液化的影响，大大提升了松散液化地层盾构隧道开挖面极限支护力的计算准确度，保证了施工安全。

Description

一种极限支护力计算方法及装置、电子设备、存储介质

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别地，涉及一种支护力计算方法及装置、电子设备、计算机可读取的存储介质。

背景技术

盾构法具有安全可靠、掘进快、施工质量好等优点，是建设城市轨道交通、市政隧道等地下线状基础设施的最主要工法，而保证开挖面稳定性和控制地层变形是盾构隧道施工过程中的关键技术问题，其中，极限支护力是维持开挖面稳定所需施加的最小支护力，是隧道掘进过程中的重要参数之一。当盾构密封舱支护力小于开挖面极限支护力时，地层将会发生主动失稳破坏，导致地层和邻近建构筑物过大变形。例如：某市地铁1号线某区间开挖面失稳导致地表塌陷，引发严重交通事故；某市地铁4号线下穿某河流导致过大地表沉降。

目前，计算盾构隧道开挖面极限支护力的理论方法主要有：(1)基于上下限原理的极限分析模型；(2)经典“楔形体—棱柱体”极限平衡模型。前者计算过程复杂，难以直接应用于工程。对于后者，专利CN202010534607.3提出了一种不考虑地表超载工况下盾构隧道环向开挖面极限支护力计算方法，专利CN201810700027.X提出了一种含砂卵石地层盾构隧道开挖面最小支护力计算方法。在盾构掘进过程中，开挖面前方土体侧压力系数发生变化，颗粒契紧且水平应力增加，将自重应力转移到旁侧稳定区土体中，这种应力转移的现象由土拱效应导致，显著影响地层应力状态的分布。而上述两个专利均将开挖面前方土体视为刚体滑块，未考虑掘进过程中土拱效应的影响，可能造成计算的极限支护力偏大。另外，专利CN201910224817.X提出了一种考虑土拱效应的砂土地层深埋盾构隧道开挖面极限支护力计算方法，但其在推导过程假定土拱区满足普氏拱理论，主要适用于岩层中的深埋隧道，并不适用于盾构隧道常遇的松散砂土地层。此外，盾构机掘进过程的刀盘切削、开挖卸载、机械振动等作用会对地层产生强烈扰动，在液化等级高的砂土地层中容易引发地基液化，增大地层变形和开挖面极限支护力。而且根据液化的等级不同，土体的力学特性会发生不同程度的衰减。地基液化现象不利于土拱效应的发挥，且会导致理论计算结果偏于危险，容易引发工程事故。目前尚没有考虑砂土液化影响的盾构隧道开挖面极限支护力确定方法。综上所述，有必要同时考虑土拱效应和地基液化两个因素，提出一种适用于松散液化地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算方法。

发明内容

本发明提供了一种支护力计算方法及装置、电子设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有计算盾构隧道开挖面极限支护力的方法不适用于松散液化地层的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种极限支护力计算方法，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，包括以下内容：

基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

进一步地，基于以下公式计算棱柱体的高度和宽度：

H＝min{C，2L}

L＝D/tanβ

其中，H表示棱柱体的高度，L表示棱柱体的宽度，C表示隧道拱顶埋深，D表示隧道直径，β表示楔形体的楔形角。

进一步地，基于以下公式计算土体参数折减系数：

其中，α表示土体参数折减系数，I_le表示地基液化指数。

进一步地，基于以下公式计算棱柱体的侧压力系数：

其中，K^s表示棱柱体的侧压力系数，

α表示土体参数折减系数，

表示土体有效内摩擦角，

表示折减后的土体有效内摩擦角，K_a表示主动土压力系数，

进一步地，具体基于以下公式计算极限支护力：

其中，S_lim表示开挖面极限支护力，σ_av表示作用在楔形体上的平均应力，f₀、f₁和ε表示为与土体物理性能相关的系数项，

γ′表示土的浮重度，λ表示楔形体的侧压力系数，

c表示土体黏聚力，γ_w表示水的重度，Δh表示盾构密封舱和远场的水头差。

进一步地，基于以下公式计算作用在楔形体上的平均应力：

其中，γ′表示土的浮重度，A表示棱柱体的横截面面积，

U表示棱柱体的截面周长，

β表示楔形体的楔形角，L表示棱柱体的宽度，B表示棱柱体的长度，H表示棱柱体的高度，D表示隧道直径，q₀表示作用在棱柱体顶面的超载，

γ表示土的重度，C表示隧道拱顶埋深。

进一步地，求解极限支护力的过程具体为：

改变楔形角β并获得不同楔形角β下的开挖面支护力值，选取最大值作为开挖面极限支护力。

另外，本发明还提供一种极限支护力计算装置，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，包括：

模型构建模块，用于基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

第一计算模块，用于根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

第二计算模块，用于基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

第三计算模块，用于基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

另外，本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。

另外，本发明还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算极限支护力的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。

本发明具有以下效果：

本发明的极限支护力计算方法，先基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度，然后根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数，再基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数，通过土体参数折减系数对棱柱体的侧压力系数进行折减，最后，基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。本发明的极限支护力计算方法，考虑了松散液化地层在实际盾构隧道施工时出现的地基液化现象，基于地基液化指数确定土体参数折减系数后对土体抗剪强度指标进行了折减，同时兼顾了土拱效应和地基液化对于松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力的影响，大大提升了松散液化地层盾构隧道开挖面极限支护力的计算准确度，保证了施工安全。

另外，本发明的极限支护力计算装置同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是本发明优选实施例的极限支护力计算方法的流程示意图。

图2是本发明优选实施例中基于土拱效应建立的盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型示意图。

图3是本发明优选实施例中在棱柱体内考虑土拱效应的大主应力拱示意图。

图4是本发明优选实施例的楔形体-棱柱体模型中楔形体的受力分析示意图。

图5是棱柱体内部微元体受力分析示意图。

图6是杭州地铁一号线某区间简化后的土层分布情况示意图。

图7是本发明优选实施例的极限支护力计算装置的模块结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的优选实施例提供一种极限支护力计算方法，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，包括以下内容：

步骤S1：基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

步骤S2：根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

步骤S3：基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

步骤S4：基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

可以理解，本实施例的极限支护力计算方法，先基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度，然后根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数，再基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数，通过土体参数折减系数对棱柱体的侧压力系数进行折减，最后，基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。本发明的极限支护力计算方法，考虑了松散液化地层在实际盾构隧道施工时出现的地基液化现象，基于地基液化指数确定土体参数折减系数后对土体抗剪强度指标进行了折减，同时兼顾了土拱效应和地基液化对于松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力的影响，大大提升了松散液化地层盾构隧道开挖面极限支护力的计算准确度，保证了施工安全。

可以理解，在所述步骤S1中，基于土拱效应建立的盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型如图2所示。棱柱体的宽度L可以通过三角形ade的简单几何换算得到，具体为：L＝D/tanβ，L表示棱柱体的宽度，β表示楔形体的楔形角，

当隧道埋深比相对较小时，例如C/D＝0.5，C表示隧道拱顶埋深，D表示隧道直径，此时，极限状态时棱柱体已扩展至地表，其高度H则等于隧道拱顶埋深C。而当隧道埋深比相对较大时，例如C/D＝1或者C/D＝2，此时棱柱体的高度H则小于隧道拱顶埋深C。大量试验实测结果表明，此类情况下棱柱体的高宽比H/L≈1.52～2.36，平均值约为2左右。因此，棱柱体高度H的计算公式按下式确定：H＝min{C，2L}。

可以理解，在所述步骤S2中，根据实际施工情况对周围地层的扰动情况确定地基液化指数I_le，具体的计算方法参考《土工试验方法标准》，地基液化指数的具体计算过程属于现有技术，故在此不再赘述，根据地基液化指数I_le可以将地基土液化等级划分为轻微、中等、严重三个层次。然后，基于以下公式计算土体参数折减系数：

其中，α表示土体参数折减系数，I_le表示地基液化指数。当地基液化指数I_le为0时，地基土液化等级为轻微液化，土体参数折减系数α为1；当地基液化指数I_le为4时，地基土液化等级为轻微液化，土体参数折减系数α为0.8；当地基液化指数I_le为10时，地基土液化等级为中等液化，土体参数折减系数α为0.5；当地基液化指数I_le为16时，地基土液化等级为中等液化，土体参数折减系数α为0.2；当地基液化指数I_le大于等于18时，均取18进行计算，地基土液化等级为严重液化，土体参数折减系数α为0.1。

可以理解，在所述步骤S3中，在棱柱体内考虑土拱效应大主应力拱示意图如图3所示，土拱效应有如下几个基本假定：1)、无黏性砂土遵循Mohr-Coulomb破坏准则且失稳棱柱体垂直向下运动；2)、棱柱体内及其附近区域大主应力迹线组成一系列大主应力拱，拱的几何形状为上凸的圆弧；3)、任一具体的大主应力拱内主应力大小恒定，其比值σ₃/σ₁等于主动土压力系数K_a。因此，对于大主应力拱中任一微元体，其侧压力系数K^s的计算公式为：

其中，K^s表示棱柱体的侧压力系数，

α表示土体参数折减系数，

表示土体有效内摩擦角，

表示折减后的土体有效内摩擦角，K_a表示主动土压力系数，

可以理解，在所述步骤S4中，在楔形体-棱柱体模型中，在盾构隧道掘进过程中需要保证楔形体受力平衡。如图4所示，作用在楔形体上的力主要包括：1)、楔形体abcdef的自重G；2)、作用在楔形体顶面cdef上的竖向均布力σ_av；3)、作用在楔形体倾斜滑动面abfe上的反力Q₁；4)、作用在楔形体两竖直滑动面ade、bcf上的两法向力2Q_2N(图未示)和两切向力2Q_2t，其中，切向力2Q_2t的方向平行于倾斜滑动面abfe；5)、作用在开挖面abcd上的支护力S。需要指出的是，本模型偏安全地未考虑作用在楔形体顶面cdef上的摩擦力。通过楔形体-棱柱体模型平衡方程对楔形体受力平衡进行分析，从而得到开挖面支护力表达式，然后通过改变楔形块的楔形角β，并获得不同楔形角β下的开挖面支护力值，选取最大值作为开挖面极限支护力。其中，极限支护力的计算公式为：

其中，S_lim表示开挖面极限支护力，σ_av表示作用在楔形体上的平均应力，f₀、f₁和ε表示为与土体物理性能相关的系数项，

γ′表示土的浮重度，λ表示楔形体的侧压力系数，

c表示土体黏聚力，γ_w表示水的重度，Δh表示盾构密封舱和远场的水头差。支护力公式的具体推导过程如下，如图4所示，容易求得楔形体abcdef自重

楔形体顶面cdef上的竖向均布力为σ_av。假定隧道范围内竖向应力沿深度线性分布，土的浮重度为γ′，容易求得

根据楔形体受力平衡，可得作用在开挖面上的支护力S，通过改变楔形块的楔形角β，并获得不同楔形角β下的开挖面支护力值，选取最大值作为开挖面极限支护力。

可以理解，具体基于以下公式计算作用在楔形体上的平均应力：

其中，γ′表示土的浮重度，A表示棱柱体的横截面面积，

U表示棱柱体的截面周长，

β表示楔形体的楔形角，L表示棱柱体的宽度，B表示棱柱体的长度，H表示棱柱体的高度，D表示隧道直径，q₀表示作用在棱柱体顶面的超载，

γ表示土体重度，C表示隧道拱顶埋深。作用在楔形体上的平均应力具体推导过程如下，如图5所示棱柱体内部取微元体土条受力分析，根据竖直方向力平衡条件可建立等式：

其中，K^s为棱柱体内部的侧压力系数，

棱柱体宽度为2d，微元体宽度为dz。对该等式进行积分求解，代入上边界条件，即z＝0时，σ_av＝q₀，可得作用在楔形体上的平均应力表达式。

可以理解，本发明还基于本实施例的极限支护力计算方法计算了杭州地铁1号线某站区间盾构隧道掘进极限支护力。具体过程为：

该区间隧道纵向长约3km，采用日本小松土压平衡盾构机施工，盾构机长度为8.4m，直径为6.34m，隧道轴线埋深为19m。隧道底部以上大部分为土体性质较接近的砂质粉土层和粉砂层，图6为该区间简化后的土层分布情况，地下水位在地表以下4m处。首先，建立楔形体-棱柱体模型，确定棱柱体的高度和宽度，隧道直径D＝6.34m，隧道拱顶埋深C＝15.84m，棱柱体高度H＝min{C，2L}，宽度L＝D/tanβ。然后，根据《土工试验方法标准》计算实际地基液化指数I_le，并计算土体参数折减系数α。然后基于土体参数折减系数α对土体抗剪强度指标进行折减，并基于极限支护力计算方程进行求解。经过多次改变楔形角β进行支护力计算，最终得出当楔形角β为65°时，计算得到的开挖面极限支护力最大，即此时处于最危险状态，具体结果如下：

当地基液化指数为0时，地基轻微液化，此时S_lim为145.4kPa；

当地基液化指数为4时，地基轻微液化，此时S_lim为150.0kPa；

当地基液化指数为10时，地基中等液化，此时S_lim为168.7kPa；

当地基液化指数为16时，地基中等液化，此时S_lim为245.1kPa；

当地基液化指数大于等于18时，地基严重液化，此时S_lim为308.5kPa。

另外，如图7所示，本发明的另一实施例还提供一种极限支护力计算装置，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，优选采用如上所述的计算方法，包括：

模型构建模块，用于基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

第一计算模块，用于根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

第二计算模块，用于基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

第三计算模块，用于基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

可以理解，本实施例的极限支护力计算装置，先基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度，然后根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数，再基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数，通过土体参数折减系数对棱柱体的侧压力系数进行折减，最后，基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。本发明的极限支护力计算装置，考虑了松散液化地层在实际盾构隧道施工时出现的地基液化现象，基于地基液化指数确定土体参数折减系数后对土体抗剪强度指标进行了折减，同时兼顾了土拱效应和地基液化对于松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力的影响，大大提升了松散液化地层盾构隧道开挖面极限支护力的计算准确度，保证了施工安全。

可以理解，所述模型构建模块基于以下公式计算棱柱体的高度和宽度：

H＝min{C，2L}

L＝D/tanβ

其中，H表示棱柱体的高度，L表示棱柱体的宽度，C表示隧道拱顶埋深，D表示隧道直径，β表示楔形体的楔形角。

可以理解，所述第一计算模块基于以下公式计算土体参数折减系数：

其中，α表示土体参数折减系数，I_le表示地基液化指数。

可以理解，所述第二计算模块基于以下公式计算棱柱体的侧压力系数：

其中，K^s表示棱柱体的侧压力系数，

α表示土体参数折减系数，

表示土体有效内摩擦角，

表示折减后的土体有效内摩擦角，K_a表示主动土压力系数，

可以理解，所述第三计算模块具体基于以下公式计算极限支护力：

其中，S_lim表示开挖面极限支护力，σ_av表示作用在楔形体上的平均应力，f₀、f₁和ε表示为与土体物理性能相关的系数项，

γ′表示土的浮重度，λ表示楔形体的侧压力系数，

c表示土体黏聚力，γ_w表示水的重度，Δh表示盾构密封舱和远场的水头差。

可以理解，所述第三计算模块基于以下公式计算作用在楔形体上的平均应力：

其中，γ′表示土的浮重度，A表示棱柱体的横截面面积，

U表示棱柱体的截面周长，

β表示楔形体的楔形角，L表示棱柱体的宽度，B表示棱柱体的长度，H表示棱柱体的高度，D表示隧道直径，q₀表示作用在棱柱体顶面的超载，

γ表示土体重度，C表示隧道拱顶埋深。

可以理解，所述第三计算模块求解极限支护力的过程具体为：

改变楔形角β并获得不同楔形角β下的开挖面支护力值，选取最大值作为开挖面极限支护力。

可以理解，本实施例的装置中的各个模块分别与上述方法实施例的各个步骤相对应，故各个模块的具体计算过程和计算原理在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。

另外，本发明的另一实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如上所述的方法的步骤。

另外，本发明的另一实施例还提供一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算极限支护力的计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。

一般计算机可读取存储介质的形式包括：软盘(floppy disk)、可挠性盘片(flexible disk)、硬盘、磁带、任何其与的磁性介质、CD-ROM、任何其余的光学介质、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其余的带有洞的图案的物理介质、随机存取存储器(RAM)、可编程只读存储器(PROM)、可抹除可编程只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程只读存储器(FLASH-EPROM)、其余任何存储器芯片或卡匣、或任何其余可让计算机读取的介质。指令可进一步被一传输介质所传送或接收。传输介质这一术语可包含任何有形或无形的介质，其可用来存储、编码或承载用来给机器执行的指令，并且包含数字或模拟通信信号或其与促进上述指令的通信的无形介质。传输介质包含同轴电缆、铜线以及光纤，其包含了用来传输一计算机数据信号的总线的导线。

以上所述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。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种极限支护力计算方法，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，其特征在于，包括以下内容：

基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

2.如权利要求1所述的极限支护力计算方法，其特征在于，基于以下公式计算棱柱体的高度和宽度：

H＝min{C，2L}

L＝D/tanβ

其中，H表示棱柱体的高度，L表示棱柱体的宽度，C表示隧道拱顶埋深，D表示隧道直径，β表示楔形体的楔形角。

3.如权利要求1所述的极限支护力计算方法，其特征在于，基于以下公式计算土体参数折减系数：

其中，α表示土体参数折减系数，I_le表示地基液化指数。

4.如权利要求3所述的极限支护力计算方法，其特征在于，基于以下公式计算棱柱体的侧压力系数：

其中，K^s表示棱柱体的侧压力系数，

α表示土体参数折减系数，

表示土体有效内摩擦角，

表示折减后的土体有效内摩擦角，K_a表示主动土压力系数，

5.如权利要求4所述的极限支护力计算方法，其特征在于，具体基于以下公式计算极限支护力：

其中，S_lim表示开挖面极限支护力，σ_av表示作用在楔形体上的平均应力，f₀、f₁和ε表示为与土体物理性能相关的系数项，

γ′表示土的浮重度，λ表示楔形体的侧压力系数，

c表示土体黏聚力，γ_w表示水的重度，Δh表示盾构密封舱和远场的水头差。

6.如权利要求5所述的极限支护力计算方法，其特征在于，基于以下公式计算作用在楔形体上的平均应力：

其中，γ′表示土的浮重度，A表示棱柱体的横截面面积，

U表示棱柱体的截面周长，

β表示楔形体的楔形角，L表示棱柱体的宽度，B表示棱柱体的长度，H表示棱柱体的高度，D表示隧道直径，q₀表示作用在棱柱体顶面的超载，

γ表示土体重度，C表示隧道拱顶埋深。

7.如权利要求5所述的极限支护力计算方法，其特征在于，求解极限支护力的过程具体为：

改变楔形角β并获得不同楔形角β下的开挖面支护力值，选取最大值作为开挖面极限支护力。

8.一种极限支护力计算装置，用于计算松散液化地层盾构隧道开挖面的极限支护力，其特征在于，包括：

模型构建模块，用于基于土拱效应建立盾构隧道掘进开挖面前方的楔形体-棱柱体模型，并确定棱柱体的高度和宽度；

第一计算模块，用于根据实际施工情况确定地基液化指数，并基于地基液化指数确定土体参数折减系数；

第二计算模块，用于基于土体参数折减系数和土拱效应计算棱柱体的侧压力系数；

第三计算模块，用于基于棱柱体的侧压力系数和楔形体-棱柱体模型平衡方程对极限支护力进行求解。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器通过调用所述存储器中存储的所述计算机程序，用于执行如权利要求1～7任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读取的存储介质，用于存储计算极限支护力的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在计算机上运行时执行如权利要求1～7任一项所述的方法的步骤。

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