买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：成都理工大学

摘要：本发明涉及隧道工程技术领域，提供一种隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩径设计方法，包括以下步骤：步骤1：收集隧址区的水文地质条件和基本力学参数；步骤2：初步估计桩径取值范围；步骤3：采用数值模拟建立不同桩径的水平高压旋喷桩加固模型；步骤4：判断是否满足围岩加固效果；步骤5：判断水平高压旋喷桩是否发挥梁拱效应；步骤6：判断最大拉应力是否超过桩体极限抗拉强度；步骤7：统计符合的桩径取值工况，综合比选确定桩径取值。本发明能较佳地确定桩径，在保证旋喷桩加固效果的同时，极大地减少了材料浪费，也可避免因桩径过小而造成的安全事故。

主权项：1.隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩径设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：收集隧址区的水文地质条件和基本力学参数；步骤2：初步估计桩径取值范围；步骤2中，具体为：2.1、预估成桩质量；基于步骤1测得围岩的基本力学参数、地下水压力和渗透系数，类比已有的工程实践经验，预估水平高压旋喷桩的成桩质量；当隧址区地下水压力低，围岩渗透系数越大，浆液渗透性越好，则成桩质量越好；若地下水压力高，围岩渗透系数越小，浆液渗透性越差，则成桩质量越差；2.2、调整影响成桩质量的施工参数；影响水平高压旋喷桩成桩质量的施工参数主要包括：浆液类型、喷射压力、旋转速度、提升速度；因此以隧址区地质条件、地下水压力和渗透系数，选取适用地层的施工参数，若地层地下水压力高，围岩渗透系数小，通过更改浆液类型、增加喷射压力、提升旋转速度、降低提升速度，以保证水平高压旋喷桩的成桩质量；2.3、结合施工经验和施工参数，评价成桩质量的好坏，初步确定桩径参数的取值范围；若成桩质量差，则扩大桩径取值范围；若能达到良好的成桩质量，则缩小桩径取值范围；步骤3：采用数值模拟建立不同桩径的水平高压旋喷桩加固模型；步骤3中，具体为：3.1、采用MidasGTS数值模拟软件建立相应隧道软弱围岩的地层数值模型，为减小模型边界效应的影响，地层数值模型大小设置为隧道外轮廓的左右尺寸不小于3～5倍隧洞半径，隧道上下地层尺寸不小于隧道高度的2～3倍；取隧道开挖前进的方向为Y轴正方向，以地表外法线方向为Z轴正方向，水平面右方向为X轴正方向；对模型进行简化，围岩服从摩尔—库伦准则，采用实体单元模拟，初支采用板单元模拟，旋喷桩体采用梁单元模拟，本构模型均服从弹性本构模型；喷混与钢拱架共同组成承载结构，钢拱架根据抗压刚度简化的原则，将钢架的弹性模量折算到喷射混凝土衬砌的弹性模量，使得初期支护简化成赋予属性的曲面壳体结构，简化公式见下式： 式中：E为折算后喷射混凝土的弹性模量；E0为原喷射混凝土的弹性模量；Sg为钢拱架截面面积；Eg为钢拱架的弹性模量；Sc为喷射混凝土截面面积；3.2、对模型两侧面单元施加X方向约束，前后单元施加Y方向的约束，底部面单元施加X、Y、Z三个方向的约束，顶部面不施加约束，但设置内部自重应力；通过比尔鲍曼修正公式计算出围岩荷载，同时将地下水压力施加在隧道围岩的上端面，模拟计算出竖向围岩荷载，公式如下： 式中：γ为土层重度；H为深浅埋分界深度； a为隧道跨度一半；c为围岩黏聚力；为内摩擦角；h为隧道高度；3.3、选取GTS软件中的ThermalAnalysis模块，通过施工阶段助手按照施工工序分别激活或取消激活边界条件、初支、水平高压旋喷桩及掌子面围岩网格模型，设置模拟隧道开挖支护的过程；步骤4：判断是否满足围岩加固效果；步骤4中，具体为：通过步骤3选取不同的施工阶段，得到不同桩径的工况下围岩应力与沉降的作用效果，对比分析加固前后的变化，并判断所设置的工况是否均达到规范要求的预留变形量，从而判断桩径取值是否满足围岩加固效果判据；若所设置桩径均满足要求，则选择加固效果更佳的桩径参数范围，反之排除不符合要求的桩径取值；步骤5：判断水平高压旋喷桩是否发挥梁拱效应；步骤5中，具体为：5.1、分析数值模型中不同施工阶段在围岩竖向荷载作用下桩体的弯矩和剪力分布情况，若单根桩体的弯矩和剪力存在从前端传递至后端的分布规律，则水平高压旋喷桩发挥梁效应，反之则未发挥梁效应；5.2、对桩体进行轴力分析，若在横向上拱顶、拱肩和边墙三处桩体轴力将荷载从拱顶传递至两侧边墙，且在上覆荷载作用下，拱顶和拱肩的桩体产生弯曲变形，使得桩体受拉，其轴向应力为正值，而边墙在应力传递下受压，轴向应力为负值，则水平高压旋喷桩发挥拱效应，反之则未发挥拱效应；5.3、基于5.1与5.2步骤判断模型中桩体是否发挥梁拱效应；步骤6：判断最大拉应力是否超过桩体极限抗拉强度；步骤6中，具体为：对拱顶桩体最大拉应力情况进行分析，判断设计工况中是否存在单根桩体的最大拉应力值超过极限抗拉强度值；若超过极限抗拉强度，桩体被破坏，此时梁拱效应失效，则排除该工况条件下的桩径取值；若小于极限抗拉强度，将保留该工况条件下的桩径取值，并进入下一步判定；步骤7：统计符合的桩径取值工况，综合比选确定桩径取值。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 成都理工大学 隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩径设计方法