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申请/专利权人：中铁十一局集团有限公司;中铁第五勘察设计院集团有限公司;中国铁建股份有限公司;北京交通大学

摘要：本发明提供的一种用于隧道支护的预制装配式空间网架结构及施工方法。所述预制装配式空间网架支护结构包括至少两块预制的网架支护构件，网架支护构件之间通过连接构件连接形成截面与支护隧道断面形状相同的封闭支护结构；其施工时，根据隧道支护结构的各项参数设定值和隧道模型计算出隧道支护结构的内力参数，得到最终隧道支护结构的施工参数值，制备出每环预制装配式空间网架支护结构的网架支护构件，隧道开挖后，在已经完成的开挖段快速拼装预制的网架支护构件形成隧道支护闭合环，完成多环网架构件拼装再进行喷射混凝土。本发明的结构简单、组装方便，无需喷射混凝土，依靠网架结构自身即可承担全部隧道荷载，提高施工效率。

主权项：1.一种用于隧道支护的预制装配式空间网架支护结构的施工方法，其特征在于，所述预制装配式空间网架支护结构包括至少两块预制的网架支护构件1，每块网架支护构件1的两端分别设有与相邻网架支护构件1连接的连接构件7，至少两块网架支护构件1首尾通过连接构件7连接形成截面与支护隧道2断面形状相同的封闭支护结构；每块网架支护构件1为是由上弦杆3、下弦杆4和腹杆5组成的网格支撑结构，其上弦杆3形成网架支护构件1与隧道2内壁接触的迎土网面，下弦杆4形成网架支护构件1的背土网面，腹杆5连接在上弦杆3与下弦杆4之间，并在上弦杆3与下弦杆4之间分隔形成多个网格单元，在每块网架支护构件1的迎土网面设有金属网6；所述预制装配式空间网架支护结构至少包括两环，其具体施工步骤如下：S1.获取隧道支护结构的各项参数设定值和隧道模型；并根据所述参数设定值和隧道模型计算所述隧道支护结构的承力荷载和等效空间壳体的弹性模量；将所述承力荷载和所述弹性模量作为有限元算法的输入，计算所述隧道支护结构的内力参数，根据所述内力参数，验证所述隧道支护结构的安全性，得到相应的验证结果，最后根据所述验证结果，调整所述参数的值，得到最终隧道支护结构的施工参数值；计算的所述隧道支护结构的承力荷载包括隧道支护结构的自重荷载和隧道支护结构的外荷载；其中，所述隧道支护结构的自重荷载f采用公式①计算得f＝γ1bh1；①公式①中，γ1表示所述隧道支护结构的砼重度，b表示计算单元纵向宽度，h1表示所述隧道支护结构的厚度；所述隧道支护结构的外荷载包括隧道支护结构所承受的地层抗力和隧道支护结构所承受的围岩压力中的至少一项的计算；其中，隧道支护结构所承受的围岩压力包括隧道支护结构所承受的围岩垂直均布压力和水平均布压力；所述隧道支护结构所承受的地层抗力计算过程如下：1采用温克尔假定算法，计算所述隧道模型的地层抗力系数；2通过链杆法，根据所述地层抗力系数计算所述隧道支护结构所承受的地层抗力；在隧道支护结构所承受的围岩压力计算完成之后，根据荷载系数调整所述围岩压力，其中，所述荷载系数为试算通过的荷载值与最大荷载值的比值；所述隧道模型为深埋隧道的情况下，所述隧道支护结构所承受的围岩垂直均布压力q采用以下公式②计算：q＝γ2hq②公式②中，hq＝第一常数×2S-1w，w＝第二常数+iB-第三常数；γ2表示围岩重度，hq表示围岩坍落拱计算高度，S表示围岩级别，w表示宽度影响系数，B表示隧道开挖宽度，i表示每增加单位长度的围岩压力增减率；所述隧道支护结构所承受的围岩水平匀布压力为上述计算的隧道支护结构所承受的围岩垂直均布压力q与特定系数的乘积；其中，所述特定系数的值与围岩级别相关；在所述隧道模型为浅埋隧道的情况下，所述隧道支护结构所承受的围岩垂直均布压力q采用公式③计算得到： 其中， γ2表示围岩重度，h2表示隧道顶部离地面的高度，λ表示侧压力系数，θ表示隧道顶部两侧的摩擦角，B表示隧道开挖宽度，β表示最大推力时的破裂角，φc表示围岩计算摩擦角；所述隧道支护结构所承受的围岩水平匀布压力ei采用公式④计算得到，ei＝γ2hiλ④其中，γ2表示围岩重度，hi表示隧道内外侧任意点至地面的距离，λ表示侧压力系数；所述隧道支护结构的等效空间壳体的弹性模量E采用公式⑤计算： 其中，Ag、A‘g表示受拉和受压区杆体的截面面积，单位为m2，Eg表示杆体的材料模量，L表示隧道支护结构中一片网架支护结构的纵向长度，h表示等效空间壳体的厚度；S2.根据步骤S1中计算出来的隧道支护结构的施工参数值，确定每环预制装配式空间网架支护结构的分段，并选择合适的杆件根据分段情况在工厂或现场制作每环预制装配式空间网架支护结构的单块网架支护构件以及网架支护构件的连接件；S3.隧道开挖后，在已经完成的开挖段快速拼装预制的单块网架支护构件形成隧道支护闭合环；S4.继续开挖隧道，并在开挖段拼装下一环预制装配式空间网架支护结构；S5.根据工程实际情况，完成单环预制装配式空间网架支护结构后或完成若干环预制装配式空间网架支护结构后，在网架支护结构上喷射或浇筑混凝土，并将预制装配式空间网架支护结构包裹形成衬砌结构。

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