本發(fā)明屬于斜井施工，具體涉及一種評估斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的計算方法。

背景技術：

1、隨著我國隧道修建技術的提高，目前隧道向著埋深越來越深、長度越來越長、斷面越來越大的趨勢發(fā)展。為了加快施工進度，常采用修建斜井等輔助通道來增加工作面。如成蘭鐵路躍龍門隧道穿越四川西部龍門山山脈，為雙洞分修隧道，左線全長19?981?m，右線全長20?042?m，17.8‰單面上坡，最大埋深1?450?m，僅斜井就采用了3個作為輔助通道來加快施工進度。斜井施工時，每個進尺開挖都會影響掌子面穩(wěn)定；并且進尺段穩(wěn)定與掌子面的穩(wěn)定存在相互作用，進尺段不穩(wěn)定會影響掌子面，而掌子面的失穩(wěn)又有可能擴展到進尺段，因此，開展斜井掌子面-進尺段的穩(wěn)定研究具有重要的理論意義和工程應用價值。

2、目前關于斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的研究很少，既有少量文獻或專利是采用數值模擬分析不同斜井傾角下與不同斜井掌子面形式下的掌子面穩(wěn)定性等，未能提供一種理論上的分析方法。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種評估斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的計算方法。本發(fā)明可以判斷斜井掌子面-進尺段是否滿足安全要求，進而可以確定斜井不同開挖高度與不同開挖進尺下的穩(wěn)定安全系數，從而為斜井安全施工等提供依據。

2、本發(fā)明的評估斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的計算方法，包括如下順序的步驟：

3、(1)斜井掌子面-進尺段破壞面尺寸之間的幾何與角度關系：

4、；

5、；

6、；

7、；

8、；

9、；

10、；

11、；

12、；

13、式中： lae為a點與e點之間的長度； d為斜井開挖高度； laf為a點與f點之間的長度； len為斜井開挖進尺； loa為o點與a點之間的長度； lob為o點與b點之間的長度； φ為圍巖內摩擦角； a為斜井傾角； a1為邊oa與邊ab之間的夾角； a2為邊ob與邊ab之間的夾角； a3為邊ae與邊fe之間的夾角； a4為邊fe與邊af之間的夾角； a5為邊ae與邊af之間的夾角；

14、(2)確定掌子面-進尺段各破壞塊體速度關系：

15、；

16、；

17、；

18、；

19、；

20、式中： v1為塊體oab的速度； v0為破壞塊體afe的速度； v0,1為塊體afe相對于塊體oab的相對速度； a6為速度 v0與速度 v0,1的夾角； a7為速度 v1與速度 v0,1的夾角； a8為速度 v0與速度 v1的夾角；

21、(3)圍巖重力外力做功功率，其包括如下步驟：

22、（ⅰ）根據上述計算塊體各邊長關系得到各塊體的面積：

23、；

24、；

25、式中：soab為塊體oab的面積；safe為塊體afe的面積；

26、（ⅱ）圍巖重力外力功率為各塊體重力與速度豎向分量的乘積，則根據上述得到塊體的面積與速度可以得到：

27、；

28、式中：wγ為圍巖重力外力功率；γ為圍巖重度；

29、(4)圍巖內能耗散功率為：

30、；

31、式中： ed為圍巖內能耗散功率； c為圍巖黏聚力；

32、(5)穩(wěn)定安全系數為：

33、；

34、式中：fos為穩(wěn)定安全系數；

35、(6)判斷斜井掌子面-進尺段是否穩(wěn)定安全：

36、若，則斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定，施工安全；

37、若，則斜井掌子面-進尺段不穩(wěn)定，施工不安全；

38、式中：[fos]為允許穩(wěn)定安全系數。

39、本發(fā)明與現有技術和研究方法相比，具有如下的優(yōu)點：

40、目前關于斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的研究很少，既有少量文獻或專利是采用數值模擬分析不同斜井傾角與不同斜井掌子面形式下的掌子面穩(wěn)定性以及采用具體的工程加固措施等，未能提供一種理論上的分析方法。

41、本發(fā)明為評估斜井掌子面-進尺段的穩(wěn)定性提供了計算方法；據此可以評價掌子面-進尺段是否穩(wěn)定安全；進而可以確定不同斜井開挖高度以及不同開挖進尺下的穩(wěn)定安全系數，從而為斜井安全施工提供依據。本發(fā)明的方法，亦可以應用于采礦巷道、水工隧洞等采用斜井輔助通道施工時掌子面-進尺段穩(wěn)定性評價以及預加固措施的分析等。

技術特征：

1.一種評估斜井掌子面-進尺段穩(wěn)定性的計算方法，其特征在于包括如下順序的步驟：

技術總結
本發(fā)明公開了一種評估斜井掌子面?進尺段穩(wěn)定性的計算方法。本發(fā)明主要是，首先計算斜井掌子面?進尺段破壞面尺寸之間的幾何與角度關系，確定掌子面?進尺段各破壞塊體速度關系，然后分別計算圍巖重力外力功率、圍巖內能耗散功率，計算穩(wěn)定安全系數，并與允許穩(wěn)定安全系數進行比較，判斷斜井掌子面?進尺段是否穩(wěn)定安全。本發(fā)明為評估斜井掌子面?進尺段的穩(wěn)定性提供了計算方法；據此可以評價掌子面?進尺段是否穩(wěn)定安全；進而可以確定不同斜井開挖高度以及不同開挖進尺下的穩(wěn)定安全系數，從而為斜井安全施工提供依據。

技術研發(fā)人員：安永林,周魯云,李生輝,劉文娟,郭晉東
受保護的技術使用者：湖南科技大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30