CN116186829A - 复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及复合式衬砌技术领域，提供了一种复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备。上述复合式衬砌计算模型构建方法，包括：获取隧道基础参数，并根据隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力；获取初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据初期支护的厚度和刚度与二次衬砌的厚度和刚度计算初期支护与二次衬砌间的弹性链杆刚度；获取围岩与初期支护间的弹性抗力系数；基于围岩压力、弹性链杆刚度和弹性抗力系数，构建隧道复合式衬砌计算模型。建立了更为合理的复合式衬砌计算模型，通过模型可同时得到隧道复合式衬砌初支和二衬的轴力、弯矩以及安全系数，计算方法简便高效，计算结果准确。

Description

复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备

技术领域

本发明涉及复合式衬砌技术领域，具体涉及一种复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备。

背景技术

复合式衬砌传统计算模型往往忽略初期支护的内力计算和安全性检验，仅计算二次衬砌的内力和安全性，但计算时二次衬砌所承担的围岩压力只是根据围岩级别将其折减后进行经验确定。这种传统计算模型下，未考虑初期支护带来的影响，围岩压力的增加对衬砌内力分布形式影响较小，内力值与围岩压力基本成等比例变化，计算模型与实际情况的偏差较大，利用该传统模型计算出的复合式衬砌内力和安全系数值也并不可信。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种复合式衬砌计算模型构建方法、装置及终端设备，构建了一种考虑初期支护影响的复合式衬砌计算模型，提升了复合式衬砌内力和安全系数计算的准确性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种隧道复合式衬砌计算模型构建方法，包括：获取隧道基础参数，并根据所述隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力；获取所述初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据所述初期支护的厚度和刚度与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度；获取围岩与所述初期支护间的弹性抗力系数；基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

基于第一方面，在一些实施例中，所述根据所述初期支护与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度，包括：根据

计算所述弹性链杆刚度；其中，E为弹性链杆刚度，E₁为初期支护的刚度，E₂为二次衬砌的刚度，h₁为初期支护的厚度，h₂为二次衬砌的厚度。

基于第一方面，在一些实施例中，所述隧道基础参数包括围岩重度、围岩级别、隧道宽度和宽度影响系数，所述计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力，包括：

根据q＝γ×0.45×2^s-1×ω，计算所述围岩压力，其中γ为围岩重度，S为围岩级别，ω为宽度影响系数，ω＝1+i×(B-5)，B为隧道宽度，i为B每增加预设宽度时围岩压力的增减率。

基于第一方面，在一些实施例中，所述基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型，包括：通过梁单元模拟所述初期支护与所述二次衬砌结构，通过Link单元模拟所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆和所述围岩与所述初期支护间的弹性抗力，基于所述初期支护与所述二次衬砌结构、所述弹性链杆和所述弹性抗力搭建有限元结构；将所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数输入所述有限元结构，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

基于第一方面，在一些实施例中，在所述基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型所述方法之后，还包括：

根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得隧道复合式衬砌的内力，其中，所述隧道复合式衬砌的内力包括轴力和弯矩；基于所述隧道复合式衬砌的内力计算隧道复合式衬砌的安全系数。

基于第一方面，在一些实施例中，所述安全系数包括素混凝土复合式衬砌安全系数，根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得到隧道复合式衬砌的安全系数，包括：根据所述隧道复合式衬砌计算模型，确定隧道复合式衬砌的轴力和弯矩，基于所述隧道复合式衬砌的轴力和弯矩，计算隧道复合式衬砌的安全系数；当所述轴向力偏心距小于或等于0.20h时，所述素混凝土复合式衬砌安全系数为：

当所述轴向力偏心距大于0.20h时，所述素混凝土复合式衬砌安全系数为：

其中，K为安全系数；

为稳定系数；N为荷载设计值产生的轴向力；b为截面宽度；h为截面高度；R_a为混凝土抗压极限强度；e₀为轴向力偏心距；R_l为混凝土抗拉极限强度；α为轴向力偏心影响系数。

基于第一方面，在一些实施例中，所述安全系数包括钢筋混凝土复合式衬砌安全系数，根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得到隧道复合式衬砌的安全系数，包括：根据受压区高度x的大小，所述钢筋混凝土复合式衬砌安全系数的计算公式包括大偏心受压构件的安全系数和小偏心受压构件的安全系数；当x≤0.55h₀时，所述大偏心受压构件的安全系数为：

或

当x<2a_s′时，所述大偏心受压构件的安全系数为：

当x>0.55h₀时，所述小偏心受压构件的安全系数为：

其中，K为安全系数；N为荷载设计值产生的轴力；b为截面宽度；h为截面高度；h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a；R_a为混凝土抗压极限强度；R_w为混凝土弯曲抗压极限强度，R_w＝1.25R_a；A_g为受拉区钢筋的截面面积，A'_g为受压区钢筋的截面面积；a为自受拉区钢筋A_g的重心至截面最近边缘的距离，a'为自受压区钢筋A'_g的重心至截面最近边缘的距离；R_g为钢筋抗拉设计强度；e为轴力作用点到受拉边或较小受压边钢筋合力点的距离；e'为轴向压力作用点至受压区纵向普通钢筋合力点的距离；a_s′为受拉区钢筋合力点至截面近边的距离。

第二方面，本发明实施例还提供了一种隧道复合式衬砌计算模型构建装置，包括：围岩压力计算模块，用于获取隧道基础参数，并根据所述隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力；链杆刚度计算模块，用于获取所述初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据所述初期支护的厚度和刚度与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度；抗力系数获取模块，用于获取围岩与所述初期支护间的弹性抗力系数；模型构建模块，用于基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

第三方面，本发明实施例提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面中任一项隧道复合式衬砌计算模型构建方法的步骤。

第四方面，本发明实施例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程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一项隧道复合式衬砌计算模型构建方法的步骤。

本发明实施例中，在考虑围岩压力对初期支护和二次衬砌的力的分配的情况下建立了更为合理的复合式衬砌计算模型，通过模型可同时得到隧道复合式衬砌初支和二衬的轴力、弯矩以及安全系数，计算方法简便高效，计算结果准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的复合式衬砌计算模型构建方法流程图；

图2是本发明实施例提供的复合式衬砌弹性连杆刚度简化原理示意图；

图3是本发明实施例提供的有限元结构原理示意图；

图4是本发明实施例提供的有限元模型示意图；

图5是本发明实施例提供的双线深埋Ⅴ级隧道复合式衬砌计算模型的弯矩计算结果图；

图6是本发明实施例提供的双线深埋Ⅴ级隧道复合式衬砌计算模型的轴力计算结果图；

图7是本发明实施例提供的复合式衬砌计算模型构建装置示意图；

图8是本发明实施例提供的终端设备示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行更清楚的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明的作用，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

复合式衬砌指的是分内外两层先后施作的隧道衬砌。在坑道开挖后,先及时施作与围岩密贴的外层柔性支护(一般为喷锚支护)，也称初期支护(简称初支)，容许围岩产生一定的变形，而又不致于造成松动压力的过度变形。待围岩变形基本稳定以后再施作内层衬砌(一般是模筑的)，也称二次衬砌或者二次支护(简称二衬)。两层衬砌之间，根据需要设置防水层，也可灌筑防水混凝土内层衬砌而不做防水层。

复合式衬砌传统计算模型往往忽略初期支护内力计算及其安全性检验，仅计算二次衬砌，且二次衬砌所承担的围岩压力根据围岩级别将其折减后进行经验确定。这种传统计算模型中围岩压力的增加对衬砌内力分布形式影响较小，内力值与围岩压力基本成等比例变化，难以反映复合式衬砌的内力实际情况。

针对上述问题，本发明提供了一种隧道复合式衬砌计算模型构建方法，如图1所示，包括步骤101至步骤104。

步骤101：获取隧道基础参数，并根据隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力。

在复合式衬砌结构中围岩不仅对支护结构施加主动荷载，即围岩压力，同时还施加被动荷载，即弹性抗力。在对复合式衬砌的主动荷载和弹性抗力计算时需要进行基本假定：(1)初期支护与围岩全面、密贴接触，二者间只考虑径向力的影响。(2)初期支护与二次衬砌间只考虑径向力的影响，防水层厚度忽略不计。(1)

隧道基础参数包括围岩重度、围岩级别、隧道宽度和宽度影响系数。获取上述参数，根据以下公式(1)计算围岩压力：

q＝γ×0.45×2^s-1×ω (1)

其中，q为围岩压力，γ为围岩重度(kN/m³)，根据待计算隧道的围岩级别从《铁路隧道设计规范》中取经验值，S为围岩级别，从待计算隧道的标准图中获取，ω为宽度影响系数，通过公式ω＝1+i×(B-5)计算得出，B为隧道宽度(m)，i为B每增加预设宽度时围岩压力的增减率。在一些实施例中，i为B每增加1m时围岩压力的增减率，以B＝5m为基准，当B＜5m时取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。

步骤102：获取初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据初期支护的厚度和刚度与二次衬砌的厚度和刚度计算初期支护与二次衬砌间的弹性链杆刚度。

以基本假定为基础，复合式衬砌弹性连杆刚度简化原理模型如图2所示，初期支护厚度为h₁，二次衬砌厚度为h₂，初期支护与二次衬砌间的弹性链杆包括两部分，一部分是围岩径向链杆，一部分是结合面径向链杆。初期支护与二次衬砌之间的弹性链杆刚度按照初期支护的厚度和刚度与二次衬砌的厚度和刚度加权平均进行计算。

根据以下公式(2)计算弹性链杆刚度：

其中，E为弹性链杆刚度，E₁为初期支护的刚度，根据待计算隧道的初期支护采用的混凝土标号，按《铁路隧道设计规范》中取经验值，E₂为二次衬砌的刚度，根据待计算隧道的二次衬砌采用的混凝土标号，按《铁路隧道设计规范》中取经验值，h₁为待计算隧道的初期支护的厚度，h₂为待计算隧道的二次衬砌的厚度。

步骤103：获取围岩与初期支护间的弹性抗力系数。

在一些实施例中，围岩与初期支护间的弹性抗力系数根据待计算隧道的围岩级别从《铁路隧道设计规范》取值。

步骤104：基于围岩压力、弹性链杆刚度和弹性抗力系数，构建隧道复合式衬砌计算模型。

如图3所示，图中包括初期支护层与二次衬砌层(二次衬砌层)，初期支护层与二次支护层同时受到围岩的正向和侧向压力，通过梁单元模拟初期支护与二次衬砌结构，通过Link单元模拟初期支护与二次衬砌间的弹性链杆和围岩与初期支护间的弹性抗力，基于初期支护与二次衬砌结构、弹性链杆和弹性抗力搭建有限元结构，搭建完成的有限元结构如图4所示。

将通过步骤101至步骤103计算得到的围岩压力、弹性链杆刚度和弹性抗力系数输入有限元结构，构建隧道复合式衬砌计算模型。

在基于围岩压力、弹性链杆刚度和弹性抗力系数，构建隧道复合式衬砌计算模型方法之后，上述隧道复合式衬砌计算模型构建方法还包括步骤105。

根据隧道复合式衬砌计算模型，将围岩压力全部施加在初期支护上然后通过力的传递至二次衬砌，利用有限元法数值模拟计算隧道复合式衬砌计算模型中初支与二衬间每个截面的弯矩和轴力，并计算安全系数，分别验证初支与二衬的安全性。

安全系数包括素混凝土复合式衬砌安全系数和钢筋混凝土复合式衬砌安全系数。

当轴向力偏心距小于或等于0.20h时，素混凝土复合式衬砌安全系数为：

当轴向力偏心距大于0.20h时，素混凝土复合式衬砌安全系数为：

其中，K为安全系数；

为稳定系数，根据待计算隧道的实际情况，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；N为荷载设计值产生的轴力，通过上述隧道复合式衬砌计算模型得到；b为截面宽度，根据待计算隧道的实际宽度，通过隧道复合式衬砌计算模型的纵向尺寸取值；h为截面高度，根据待计算隧道的实际高度，通过标准图尺寸取值；R_a为混凝土抗压极限强度，根据待计算隧道使用的混凝土标号，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；e₀为轴向力偏心距，通过e₀＝M/N计算，其中M为弯矩，N为轴力；R_l为混凝土抗拉极限强度，根据待计算隧道使用的混凝土标号，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；α为轴向力偏心影响系数，通过《铁路隧道设计规范》取经验值。

根据受压区高度x的大小，钢筋混凝土复合式衬砌安全系数的计算公式包括大偏心受压构件的安全系数和小偏心受压构件的安全系数。受压区高度x的计算公式为：

其中，f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，根据待计算隧道使用的混凝土标号，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；f_y为钢筋抗拉强度设计值，根据待计算隧道使用的钢筋型号，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；A_s为钢筋设计配筋面积，根据待计算隧道使用的钢筋直径，按《铁路隧道设计规范》查表取值；b为截面宽度，根据待计算隧道的实际宽度，通过隧道复合式衬砌计算模型的纵向尺寸取值；α₁取1。

当x≤0.55h₀时，大偏心受压构件的安全系数为：

或

在平面弯曲和斜弯曲情形下，横截面与应力平面的交线上各点的正应力值均为零，这条交线称为中性轴，在中性轴的位置时各要素的计算公式为：

当x<2a_s′时，大偏心受压构件的安全系数为：

当x>0.55h₀时，小偏心受压构件的安全系数为：

其中，K为安全系数；N为荷载设计值产生的轴力；b为截面宽度，根据待计算隧道的实际宽度，通过隧道复合式衬砌计算模型的纵向尺寸取值；h为截面高度，根据待计算隧道的实际高度，通过标准图尺寸取值；h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a；R_a为混凝土抗压极限强度，根据待计算隧道使用的混凝土标号，通过《铁路隧道设计规范》取经验值；R_w为混凝土弯曲抗压极限强度，R_w＝1.25R_a；A_g为受拉区钢筋的截面面积，A'_g为受压区钢筋的截面面积，根据钢筋直径，按混凝土规范查表取值；a为自受拉区钢筋A_g的重心至截面最近边缘的距离；a'为自受压区钢筋A'_g的重心至截面最近边缘的距离；R_g为钢筋抗拉设计强度；e为轴力作用点到受拉边或较小受压边钢筋合力点的距离；e'为轴向压力作用点至受压区纵向普通钢筋合力点的距离；a_s′为受压区钢筋合力点至截面近边的距离。

当轴向力N作用于钢筋A_g与A'_g的重心之间，上式(7)的左侧取正号；当轴向力N作用于钢筋A_g与A'_g两重心之外时，上式(7)的左侧取负号。

实施例1

以时速250公里双线深埋Ⅴ级隧道为例，采用《铁路隧道设计规范》，计算得到竖向围岩压力：297.52kPa；水平围岩压力：119.01kPa侧压力系数取0.4。初支喷C25混凝土，二衬采用C35钢筋混凝土，隧道衬砌参数见表1。

表1衬砌参数表

初支、二衬均采用梁单元模拟，初支与二衬之间弹性链杆、围岩与支护间弹性抗力均采用Link单元模拟。通过隧道复合式衬砌计算模型得到的内力(弯矩和轴力)计算结果如图5所示。图5为弯矩计算结果，图6为轴力计算结果，导出弯矩和轴力计算结果并计算安全系数，得到下表2。

表2Ⅴ级围岩深埋典型控制截面安全系数表

计算结果显示，在围岩压力作用下，采用隧道复合式衬砌计算模型，可同时得到初支与二衬的内力。复合式衬砌中初支内力明显小于二次衬砌内力值，出现此现象主要是由于初期支护刚度和厚度均小于二次衬砌引起的，同时可通过公式分别计算出初支与二衬的安全系数。

与传统计算方法相比，此种模型计算内力和安全系数的方法简单、计算结果合理，可较为真实地反应复合式衬砌的受力状态，对初支及二衬的初步设计参数选择具有较高的参考价值。

参见图7，本发明实施例提供了一种隧道复合式衬砌计算模型构建装置70，包括：围岩压力计算模块710、链杆刚度计算模块720、抗力系数获取模块730和模型构建模块740。

围岩压力计算模块710，用于获取隧道基础参数，并根据隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力。

链杆刚度计算模块720，用于获取初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据初期支护的厚度和刚度与二次衬砌的厚度和刚度计算初期支护与二次衬砌间的弹性链杆刚度。

抗力系数获取模块730，用于获取围岩与初期支护间的弹性抗力系数。

模型构建模块740，用于基于围岩压力、弹性链杆刚度和弹性抗力系数，构建隧道复合式衬砌计算模型。

图8是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图8所示，该实施例的终端设备8包括：处理器80、存储器81以及存储在所述存储器81中并可在所述处理器80上运行的计算机程序82，例如隧道复合式衬砌可靠性指标计算程序。所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述隧道复合式衬砌可靠性指标计算方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤104。或者，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图8所示模块810至840的功能。

示例性的，所述计算机程序82可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器81中，并由所述处理器80执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序82在所述终端设备8中的执行过程。例如，所述计算机程序82可以被分割成荷载计算模块、链杆刚度计算模块、模型构建模块和可靠性指标计算模块。

所述终端设备8可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器80、存储器81。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端设备8的示例，并不构成对终端设备8的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器80可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器81可以是所述终端设备8的内部存储单元，例如终端设备8的硬盘或内存。所述存储器81也可以是所述终端设备8的外部存储设备，例如所述终端设备8上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(FlashCard)等。进一步地，所述存储器81还可以既包括所述终端设备8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器81用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述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，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，包括：

获取隧道基础参数，并根据所述隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力；

获取所述初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据所述初期支护的厚度和刚度与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度；

获取围岩与所述初期支护间的弹性抗力系数；

基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

2.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，所述根据所述初期支护与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度，包括：

根据

计算所述弹性链杆刚度；

其中，E为弹性链杆刚度，E₁为初期支护的刚度，E₂为二次衬砌的刚度，h₁为初期支护的厚度，h₂为二次衬砌的厚度。

3.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，所述隧道基础参数包括围岩重度、围岩级别、隧道宽度和宽度影响系数，所述计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力，包括：

根据q＝γ×0.45×2^s-1×ω，计算所述围岩压力，其中γ为围岩重度，S为围岩级别，ω为宽度影响系数，ω＝1+i×(B-5)，B为隧道宽度，i为B每增加预设宽度时围岩压力的增减率。

4.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，所述基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型，包括：

通过梁单元模拟所述初期支护与所述二次衬砌结构，通过Link单元模拟所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆和所述围岩与所述初期支护间的弹性抗力，基于所述初期支护与所述二次衬砌结构、所述弹性链杆和所述弹性抗力搭建有限元结构；

将所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数输入所述有限元结构，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

5.如权利要求1所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，在所述基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型所述方法之后，还包括：

根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得隧道复合式衬砌的内力，其中，所述隧道复合式衬砌的内力包括轴力和弯矩；

基于所述隧道复合式衬砌的内力计算隧道复合式衬砌的安全系数。

6.如权利要求5所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，所述安全系数包括素混凝土复合式衬砌安全系数，根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得到隧道复合式衬砌的安全系数，包括：

根据所述隧道复合式衬砌计算模型，确定隧道复合式衬砌的轴力和弯矩，基于所述隧道复合式衬砌的轴力和弯矩，计算隧道复合式衬砌的安全系数；

当所述轴向力偏心距小于或等于0.20h时，所述素混凝土复合式衬砌安全系数为：

当所述轴向力偏心距大于0.20h时，所述素混凝土复合式衬砌安全系数为：

其中，K为安全系数；

为稳定系数；N为荷载设计值产生的轴向力；b为截面宽度；h为截面高度；R_a为混凝土抗压极限强度；e₀为轴向力偏心距；R_l为混凝土抗拉极限强度；α为轴向力偏心影响系数。

7.如权利要求5所述的隧道复合式衬砌计算模型构建方法，其特征在于，所述安全系数包括钢筋混凝土复合式衬砌安全系数，根据所述隧道复合式衬砌计算模型计算得到隧道复合式衬砌的安全系数，包括：

根据受压区高度x的大小，所述钢筋混凝土复合式衬砌安全系数的计算公式包括大偏心受压构件的安全系数和小偏心受压构件的安全系数；

当x≤0.55h₀时，所述大偏心受压构件的安全系数为：

或

当x<2a_s′时，所述大偏心受压构件的安全系数为：

当x>0.55h₀时，所述小偏心受压构件的安全系数为：

其中，K为安全系数；N为荷载设计值产生的轴力；b为截面宽度；h为截面高度；h₀为截面的有效高度，h₀＝h-a；R_a为混凝土抗压极限强度；R_w为混凝土弯曲抗压极限强度，R_w＝1.25R_a；A_g为受拉区钢筋的截面面积，A'_g为受压区钢筋的截面面积；a为自受拉区钢筋A_g的重心至截面最近边缘的距离，a'为自受压区钢筋A'_g的重心至截面最近边缘的距离；R_g为钢筋抗拉设计强度；e为轴力作用点到受拉边或较小受压边钢筋合力点的距离；e'为轴向压力作用点至受压区纵向普通钢筋合力点的距离；a_s′为受拉区钢筋合力点至截面近边的距离。

8.一种隧道复合式衬砌计算模型构建装置，其特征在于，包括：

围岩压力计算模块，用于获取隧道基础参数，并根据所述隧道基础参数，计算复合式衬砌中初期支护承担的围岩压力；

链杆刚度计算模块，用于获取所述初期支护的厚度和刚度以及二次衬砌的厚度和刚度，根据所述初期支护的厚度和刚度与所述二次衬砌的厚度和刚度计算所述初期支护与所述二次衬砌间的弹性链杆刚度；

抗力系数获取模块，用于获取围岩与所述初期支护间的弹性抗力系数；

模型构建模块，用于基于所述围岩压力、所述弹性链杆刚度和所述弹性抗力系数，构建所述隧道复合式衬砌计算模型。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述隧道复合式衬砌计算模型构建方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所隧道复合式衬砌计算模型构建方法的步骤。

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