(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210808289.4 (22)申请日 2022.07.11 (71)申请人 山东建筑大学 地址 250100 山东省济南市历城区临港开 发区凤鸣路 申请人 中铁十四局集团有限公司 　 山东建筑大学工程鉴定加固研究院 有限公司 (72)发明人 吴圣智　赵洪海　王晨光　王浩爽　 刘秀芝　李晓静　谢宏强　刘越　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 赵敏玲 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力 计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑时间效应的TBM隧道 初期支护受力计算方法； TBM施工过程中， 受围岩 释放和支护材料性能变化影 响， 其各个时间阶段 的受力状态是不同的， TBM施工过程受力分析应 探明各个时间阶段初期支护受到的围岩压力和 初期支护材料性能。 首先， 提出考虑时间效应的 围岩压力修正系数， 根据围岩 压力释放规律建立 围岩压力修正系数计算方法， 形成考虑时间效应 的围岩压力计算法方法。 随后考虑初期支护喷射 混凝土力学性能随时间的变化规律， 建立初期支 护抗弯刚度计算方法。 最后综合围岩荷载计算方 法和初期支护刚度计算方法建立荷载结构计算 模型， 分析初期支护各时间段受力状态。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115168952 A 2022.10.11 CN 115168952 A 1.一种考虑时间 效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)收集隧道设计参数及地质参数； (2)确定需要计算初期支护的时间节点t； (3)根据隧道纵向变形曲线确定围岩压力修正系数k， 以此时间节点t下计算围岩压力 的垂直压力和水平压力； (4)根据试验或规范确定时间节点t下喷射混凝土的弹性模量， 并确定考虑喷射混凝土 时效特性的初期支护截面 抗弯刚度； (5)建立荷载 ‑结构数值模型， 输入时间节点t下围岩压力和初期支护截面 抗弯刚度； (6)计算得 出初期支护弯 矩、 轴力。 2.如权利要求1所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的隧道设计参数及地质参数包括： 隧道开挖跨度、 半径、 围岩等级、 重度、 内摩擦角、 粘 聚力、 泊松、 抗力系数和原岩应力。 3.如权利要求1所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的围岩压力修 正系数k取开挖面后方变形释放系数u*(x)。 4.如权利要求3所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的开挖面后方变形释放系数u*(x)计算式如下： 式中u0*为开挖处变形释放系 数， u*(x)为开挖面后方变形释放系数， R为隧道半径， m； x 为距开挖面距离， m； 其中， R*＝Rp/R， x*＝x/R， u∞、 Rp分别为无支护力作用下围岩最大变形值 和最大塑性区半径。 5.如权利要求4所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的Rp的计算式如下： 式中p0为原岩应力， kPa， 可通过测试获得； c为围岩 的粘聚力， kPa； 为围岩的内摩擦 角，°。 6.如权利要求4所述的述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在 于， 不同时间节点的围岩压力表示 为： q(t)为不同时间节点的围岩垂直压力， kPa； e(t)为不同时间节点的围岩水平压力,K为 围岩压力修 正系数， γ为围岩容重， w 为宽度影响系数； λ为侧压力系数。 7.如权利要求4所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115168952 A 2所述的x的计算式如下： x＝vt； 其中， v为 开挖速率； t为施工时间t。 8.如权利要求1所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的喷射混凝 土弹性模量Ec与时间t的关系式如下： Ec(t)＝Ec,0(1‑e‑α t) 式中Ec(t)为时间节点t时喷射 混凝土的弹性模 量， GPa； Ec,0为喷射混凝土的最终弹性模 量， GPa； t为喷射混凝 土时间， d； α 为时间常数。 9.如权利要求8所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 所述的α 根据工程实际选用材 料试验确定或者 根据混凝 土材料规范进行参数选取。 10.如权利要求8所述的考虑时间效应的TBM隧道初期支护受力计算方法， 其特征在于， 考虑喷射混凝 土时效特性的初期支护截面 抗弯刚度Eh(t)I如下： Eh(t)I＝Ec(t)Ic+EaIa； 其中， EaIa为拱架结构部分截面 抗弯刚度， GPa.m4。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115168952 A 3