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申请/专利权人：中铁隧道局集团建设有限公司;成都理工大学;徐华;云南临沧临清高速公路有限公司

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咬合厚度确定方法，包括以下步骤：步骤1、确定隧址区的地质条件和各材料的基本力学参数；步骤2、评估水平高压旋喷桩的成桩质量并初步确定咬合厚度取值范围；步骤3、建立水平高压旋喷桩加固数值模型；步骤4、根据桩体的弯矩、剪力、轴向应力，判定是否发挥了梁拱效应；步骤5、判断围岩加固效果是否满足要求；步骤6、查看桩体受力情况，判断桩体是否完好；步骤7、统计合格的咬合厚度工况，进行方案比选。本发明能合理的确定水平高压旋喷桩咬合厚度，可以充分发挥旋喷桩的梁拱效应以及防渗水能力，缩短施工工期，对隧道软弱围岩的施工安全提供保障。

主权项：1.隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的咬合厚度确定方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、确定隧址区的地质条件和各材料的基本力学参数；步骤2、评估水平高压旋喷桩的成桩质量并初步确定咬合厚度取值范围；步骤3、建立水平高压旋喷桩加固数值模型；步骤3中，具体为：步骤3.1、设置模型类型、重力方向及初始变量；步骤3.2、确定模型参数，包括弹性模量、泊松比、重度、黏聚力、摩擦角、厚度；根据刚度简化的原则，初期支护中钢拱架的弹性模量折算为喷射混凝土的弹性模量，通过下式进行转换： 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；步骤3.3、选取模型各单元类型；岩土体采用实体单元模拟，服从摩尔库伦模型；水平高压旋喷桩采用梁单元模拟，服从弹性模型，在生成地层网格后，从实体中通过析取功能生成梁单元，梁单元节点连接土体单元；初支采用板单元模拟，服从弹性模型；步骤3.4、划分模型尺寸；根据地层分界位置分割岩土和开挖区实体，隧道模型的左右岩土体的尺寸不小于3～5倍隧道洞径，底部岩土体不小于隧道高度的2～3倍，上部岩土体延伸至地表，纵向长度取3个水平高压旋喷桩循环长度；删除实体之间的重叠部分，生成共享面，保证在划分网格时在各区域边界形成耦合的节点；步骤3.5、根据工程实际施加初始围岩荷载，水压力；隧道围岩荷载采用比尔鲍曼修正公式进行计算： 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；h为隧道高度；c为围岩黏聚力；为内摩擦角；步骤3.6、对模型的岩土边界部分，添加X、Y、Z方向的边界约束条件，对于中间桩单元，为了防止发生扭转自由度的错误，需设置Rz方向的旋转约束；步骤3.7、根据要设置的施工阶段预先分离网格组，按照初始地应力、开挖、配置支护结构、荷载加载阶段；施工阶段设置完成后，求解运行数值模型；步骤4、根据桩体的弯矩、剪力、轴向应力，判定是否发挥了梁拱效应；步骤4中，具体为：4.1、激活拱顶单根旋喷桩网格，查看不同施工阶段的拱顶桩体剪力与弯矩分布结果，若桩体剪力与弯矩由前端逐渐递减传递至末端，则认为发挥梁效应，反之则未发挥梁效应；4.2、激活拱顶、拱肩、边墙的单根桩体网格，查看不同施工阶段的三根桩体的轴力分布结果，若横向上拱顶与拱肩桩体轴力表现为受拉，边墙桩体轴力为受压，且拱顶轴力＞拱肩轴力＞边墙轴力，则认为发挥拱效应，反之则未发挥拱效应；4.3、若设定咬合厚度下的桩体同时发挥梁拱效应，则进行下一步骤；若仅满足步骤4.1、步骤4.2其中一项或同时不满足，则此咬合厚度舍弃，继续增加咬合厚度并返回步骤3重新建模计算；步骤5、判断围岩加固效果是否满足要求；步骤6、查看桩体受力情况，判断桩体是否完好；步骤7、统计合格的咬合厚度工况，进行方案比选。

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