本发明涉及隧道围岩，尤其是一种小净距隧道围岩压力的计算方法。
背景技术：
1、我国《公路隧道设计规范第一册土建工程》(jtg 3370.1-2018)中给出了小净距隧道围岩压力计算方法，然而规范中的计算方法存在以下问题：
2、(1)目前小净距隧道围岩压力计算方法与单洞隧道、连拱隧道围岩压力计算方法不是一个体系；
3、单洞隧道围岩压力计算方法采用经验公式法，早在上世纪80年代，《铁路隧道设计规范》(tbj3-85)已采用该方法进行围岩压力计算，已沿用多年，在交通行业内被普遍接受。
4、连拱隧道、小净距隧道的围岩压力计算方法出现较晚，最早出现于《公路隧道设计细则》(jtg/t d70-2010)，是以普氏法为基础推导出来的计算方法，在使用过程中存在一些问题。田志宇等在2017年的《现代隧道技术》中发表了《对〈jtg d70-2010公路隧道设计细则〉结构计算部分条文的修改意见》，指出了问题所在，并将意见反馈给了《公路隧道设计规范》编写组。
5、《公路隧道设计规范第一册土建工程》(jtg 3370.1-2018)中的连拱隧道围岩压力计算方法，对《公路隧道设计细则》(jtg/t d70-2010)中的计算方法进行了全面系统的修改。新方法以单洞隧道的经验公式法为基础，推导了连拱隧道围岩压力计算公式。现行规范中的连拱隧道围岩压力计算方法，推导逻辑清晰，公式简明合理，便于技术人员使用，与单洞隧道围岩压力计算方法协调一致。
6、而《公路隧道设计规范第一册土建工程》(jtg 3370.1-2018)中的小净距隧道围岩压力计算方法，则只是对《公路隧道设计细则》(jtg/t d70-2010)中的计算方法进行了局部修改，公式复杂，使用不便，与单洞隧道、连拱隧道的围岩压力计算方法不协调。
7、综上所述，目前单洞隧道、连拱隧道的围岩压力计算方法是一个体系，而小净距隧道的围岩压力计算方法是另一个体系，三者没有形成一个有机整体。
8、(2)部分计算结果违背业界共识，与工程实际不符；
9、根据《公路隧道设计规范第一册土建工程》(jtg 3370.1-2018)中小净距隧道、连拱隧道围岩压力计算方法，最终求得衬砌结构内力、裂缝宽度与安全系数。计算结果显示，无论是浅埋工况，还是深埋工况，在除净距外的所有计算参数取为一致的情况下，6m净距的小净距隧道围岩压力、结构轴力、结构弯矩，裂缝宽度比3m净距的大，而安全系数却比3m净距的小。同时，无论是浅埋工况，还是深埋工况，在所有计算参数取为一致的情况下，6m净距的小净距隧道围岩压力、结构轴力、结构弯矩比连拱隧道的大。以上结果均显然违背业界共识，也与工程实际不符。
10、(3)小净距隧道围岩压力计算方法本身不是一个统一协调的整体；
11、《公路隧道设计规范第一册土建工程》(jtg 3370.1-2018)中，无论是单洞隧道，还是连拱隧道，其浅埋非偏压工况与浅埋偏压工况的围岩压力计算公式形式虽然不同，但是在非偏压(地表坡率为0)的情况下，只要将计算参数取值相同，二者算出的结果是一样的；换句话说，对于单洞隧道和连拱隧道而言，浅埋非偏压工况是浅埋偏压工况的特殊形式，二者是统一协调的整体。
12、而小净距隧道的浅埋非偏压工况与浅埋偏压工况的围岩压力计算公式形式不同，在非偏压的情况下，将计算参数取值相同，二者算出的结果也不一样，换句话说，对于小净距隧道而言，浅埋非偏压工况与浅埋偏压工况彼此互不相关，二者不是统一协调的整体。
13、因此，有必要以单洞隧道围岩压力计算方法为基础，推导出一种简明正确的小净距隧道围岩压力计算方法，保证小净距隧道计算结果准确性，与单洞隧道、连拱隧道的围岩压力计算方法形成一个整体。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种小净距隧道围岩压力的计算方法，针对现有小净距隧道围岩压力计算复杂、部分内容错误的问题，对现有小净距隧道围岩压力计算方法进行改进。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种小净距隧道围岩压力的计算方法，该方法的实现过程如下：
4、(1)对于一个实际的小净距隧道工程，根据hp、hq将隧道所处的埋深情况分为深埋、浅埋和超浅埋；
5、(2)当埋深h＞hp时，隧道为深埋情况，则采用深埋小净距隧道围岩压力的计算方法；
6、(3)当hq＜埋深h≤hp时，隧道为浅埋情况，判断隧道是否存在偏压；若不存在偏压，则采用浅埋小净距隧道非偏压围岩压力的计算方法；若存在偏压，则采用浅埋小净距隧道偏压围岩压力的计算方法；
7、(4)当埋深h≤hq时，隧道为超浅埋情况，判断是否存在偏压；若不存在偏压，则采用超浅埋小净距隧道非偏压围岩压力的计算方法；若存在偏压，则采用超浅埋小净距隧道偏压围岩压力的计算方法。
8、所述深浅埋分界深度hp的判定如下：
9、hp＝(2～2.5)hq(一)
10、式(一)中，hp为小净距隧道深浅埋分界深度，单位为m；ⅳ～ⅵ级围岩取hp＝2.5hq；ⅰ～ⅲ级围岩取hp＝2hq；hq为载荷等效高度；
11、所述hq的表达式如下：
12、
13、式(二)中，q0＝q+q′，其中，q为基本围岩垂直压力；q′为附加围岩垂直压力；γ为围岩重度。
14、当埋深h＞hp时，所述深埋小净距隧道围岩压力的计算方法如下：
15、一、垂直压力
16、所述垂直压力包括基本围岩垂直压力q与附加围岩垂直压力q′；
17、所述基本围岩垂直压力q：由单洞形成的稳定塌落拱下部的围岩压力，假定为均布荷载；
18、所述附加围岩垂直压力q′：当净距为0时，在左右洞共同形成塌落拱下部的围岩压力减去基本围岩垂直压力，再乘以修正系数。
19、不同围岩级别下，小净距隧道按净距分为a级、b级和c级，所述围岩级别包括ⅲ级围岩、ⅳ级围岩和ⅴ级围岩，所述净距为双洞净距；
20、情况1：当双洞净距为0时，左右洞共同形成塌落拱，塌落拱高度的计算公式如下：
21、
22、情况2：当双洞净距为b、c级小净距隧道分界值时，左右洞各自形成塌落拱，塌落拱高度的计算公式如下：
23、
24、情况3：当a、b级小净距隧道的围岩压力介于情况1与情况2之间，其大小与净距有关；
25、所述深埋小净距隧道基本围岩垂直压力q与附加围岩垂直压力q′的计算公式如下：
26、
27、
28、式(三)至(六)中，bt为单洞隧道宽度；为以2bt为计算宽度时的塌落拱高度；为以bt为计算宽度时的塌落拱高度；s为围岩级别，按1-6的整数取值；i1、i2分别为以bt、2bt为计算宽度时的围岩压力增减率；ξ为附加荷载中夹岩修正系数；η为附加荷载净距修正系数；
29、二、侧向压力
30、作用于衬砌外侧的围岩侧向压力为：
31、
32、作用于衬砌内侧的围岩侧向压力为：
33、
34、式(七)和(八)中，λ为侧压力系数，ht为单洞隧道高度。
35、当埋深h≤hq时，分为非偏压隧道与偏压隧道,所述超浅埋小净距隧道非偏压的围岩压力计算公式如下；
36、一、垂直压力
37、q＝γh (九)
38、式(九)中，q为垂直均布压力，单位为kn/m2；γ为围岩重度，单位为kn/m3；h为隧道埋深，指隧道顶至地面的距离，单位为m；
39、二、侧向压力
40、
41、
42、式(十)中，e1和e′1分别为隧道顶部和隧道底部的侧向压力，单位为kn/m2，ht为隧道高度，单位为m；λ为侧压力系数；为围岩计算摩擦角。
43、所述超浅埋小净距隧道偏压的围岩压力计算方法如下：
44、一、垂直压力
45、qi＝γhi (十一)
46、式(十一)中，i＝1、2、3或4；q1、q2、q3、q4分别为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧的垂直压力，单位为kn/m2；
47、二、侧向压力
48、
49、式(十二)中，i＝1、2、3或4；e1、e2、e3、e4为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧隧道顶围岩的侧向压力，单位为kn/m2。
50、当hq＜埋深h≤hp时，分为非偏压隧道与偏压隧道；所述浅埋小净距隧道非偏压的围岩压力计算方法如下：
51、一、垂直压力
52、包括外侧垂直压力和内侧垂直压力；
53、(1)外侧垂直压力的计算公式如下：
54、
55、(2)内侧垂直压力计算公式如下：
56、q2＝q1+ξη(q-q1)
57、
58、式(十三)和(十四)中，q1为浅埋小净距隧道外侧围岩垂直压力，单位为kn/m2；q2为浅埋小净距隧道内侧围岩垂直压力，单位为kn/m2；γ为围岩重度，单位为kn/m3；h为隧道埋深，指隧道顶至地面的距离；λ为侧向压力系数；θ为拱顶岩土柱两侧摩擦角；bt为单洞隧道宽度；β为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧产生最大推力时的破裂角；为围岩计算摩擦角；ξ为附加荷载中夹岩修正系数；η为附加荷载净距修正系数；q为净距为0时的浅埋小净距隧道围岩垂直压力；
59、二、侧向压力
60、
61、
62、式(十五)、(十六)中，e1、e1′为左洞左侧(右洞右侧)隧道顶部、隧道底部围岩侧向压力；e2、e′2为左洞右侧(右洞左侧)隧道顶部、隧道底部围岩侧向压力；ht为隧道高度；v为中夹岩侧向压力增加系数。
63、上式中；
64、
65、所述浅埋小净距隧道偏压的围岩压力计算方法如下：
66、一、垂直压力
67、(1)q1计算不考虑右洞的影响，按单洞浅埋偏压隧道计算，公式如下：
68、
69、
70、
71、
72、
73、
74、
75、式(十八)中，q1为左洞垂直压力总值，单位为kn/m；w1为左洞上覆岩土体重力，单位为kn/m；q1为左洞侧垂直压力，单位为kn/m2；λ1、λ2、λ3、λ4分别为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧侧压力系数；β1、β2、β3、β4分别为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧产生最大推力时的破裂角，其中，β1＝β3,β2＝β4；α为地面坡坡度；θ为拱顶岩土柱两侧摩擦角；
76、(2)q1计算考虑右洞的影响，计算公式如下：
77、q2＝q′2+ξη(q″2-q′2)
78、
79、
80、式(十九)中，q2为左洞右侧垂直压力，单位为kn/m2；q′2为浅埋偏压分离式隧道左洞右侧垂直压力，单位为kn/m2，其推导过程与q1相同；q″2为当埋深为h2和净距为0时，浅埋偏压小净距隧道围岩垂直压力均值，单位为kn/m2；
81、(3)q3计算考虑左洞的影响，计算公式如下：
82、q3＝q'3+ξη(q3"-q'3)
83、
84、
85、式(二十)中，q3为右洞左侧垂直压力，单位为kn/m2；q′3为浅埋偏压分离式隧道右洞左侧垂直压力，单位为kn/m2，其推导过程与q1相同；q″3为当埋深为h3和净距为0时，浅埋偏压小净距隧道围岩垂直压力均值；
86、(4)q4计算不考虑左洞的影响，按单洞浅埋偏压隧道计算，计算公式如下：
87、
88、
89、
90、式(二十一)中，q4为右洞垂直压力总值，单位为kn/m；w4为右洞上覆岩土体重力，单位为kn/m；q4为右洞右侧垂直压力，单位为kn/m2；
91、二、侧向压力
92、
93、
94、式(二十二)和(二十三)中，i＝1、2、3、4；e1、e2、e3、e4分别为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧隧道顶围岩侧向压力，单位为kn/m2；e11、e′2、e′3、e′4分别为左洞左侧、左洞右侧、右洞左侧、右洞右侧隧道底围岩侧向压力，单位为kn/m2；vi为中夹岩侧向压力增加系数。
95、上式中：
96、
97、本发明的有益效果是：
98、1.公式简单明了，使用方便，便于使用者理解。
99、2.以现行单洞隧道围岩压力计算方法为基础，参照连拱隧道围岩压力计算方法的推导模式，提出了小净距隧道围岩压力计算方法；当隧道几何尺寸、围岩条件、支护材料等计算参数一致的情况下，各种工况计算出的小净距隧道最大垂直压力，均介于连拱隧道与分离式隧道之间，即提出的小净距隧道围岩压力计算方法与单洞隧道、连拱隧道围岩压力计算方法构成了一个有机整体。
100、3.浅埋非偏压工况与浅埋偏压工况彼此相互关联，浅埋非偏压工况与浅埋偏压工况的围岩压力计算公式形式虽然不同，但是在非偏压(地表坡率为0)的情况下，两者计算结果一致，为统一协调的整体，这与单洞隧道、连拱隧道的情况是一致的，同时也证明了本发明方法本身是统一协调的。
101、4.通过小净距隧道围岩压力计算方法，在深埋工况下，附加垂直应力与衬砌内侧侧向压力随净距增大逐渐减小，基本垂直压力与衬砌外侧侧向压力随净距变化保持不变；浅埋工况下，垂直压力与侧向压力随净距增大逐渐减小，直至与分离式隧道相同；即无论是浅埋工况还是深埋工况下，在除净距外的所有计算参数取为一致的情况下，随着隧道净距增大，隧道围岩压力、结构弯矩轴力、裂缝宽度逐渐减小，安全系数逐渐增大，隧道结构安全性增加，符合行业共识。
102、5.通过本发明提出的小净距隧道围岩压力计算方法，解决了现有计算方法存在的问题，能够更好的描述小净距隧道的围岩压力特征。
103、6.根据现场实测数据与计算数据的对比分析，相比规范方法，本发明提出的方法计算得到的围岩压力与实测值更为接近，更能反映小净距隧道实际围岩压力，与工程实际相符。
1.一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：该方法的实现过程如下：
2.如权利要求1所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：所述深浅埋分界深度hp的判定如下：
3.如权利要求1所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：当埋深h＞hp时，所述深埋小净距隧道围岩压力的计算方法如下：
4.如权利要求1所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：当埋深h≤hq时，分为非偏压隧道与偏压隧道,所述超浅埋小净距隧道非偏压的围岩压力计算公式如下；
5.如权利要求4所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：所述超浅埋小净距隧道偏压的围岩压力计算方法如下：
6.如权利要求1所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：当hq＜埋深h≤hp时，分为非偏压隧道与偏压隧道；所述浅埋小净距隧道非偏压的围岩压力计算方法如下：
7.如权利要求6所述的一种小净距隧道围岩压力的计算方法，其特征在于：所述浅埋小净距隧道偏压的围岩压力计算方法如下：
