1.一种双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、根据Pasternak地基模型上的梁的挠曲微分控制方程,其表达式为式1):其中,k和G p 分别为地基反力系数及地基剪切模量,EI为管棚截面的等效抗弯刚度,EI=E c I c +E s I s ,E c 、I c 、E s 和I s 分别是填充混凝土的弹性模量、管棚用钢的弹性模量、填充混凝土的截面惯性矩和管棚用钢的截面惯性矩;b为梁上荷载的计算宽度,b=0.5πD,D为管棚外径;q(x)为梁上荷载,w(x)为梁上x位置处的挠度;b * 为地基反力的计算宽度, 考虑梁在弹性地基上的三维影响,运用初参数解法求解挠曲微分方程,得到Pasternak地基模型上任意荷载作用下的挠曲变形解析解;S2、根据实际的隧道施工步骤,将管棚全长划分成不同的区段进行理论分析计算;S3、根据实际支护情况,选择适当的梁模型对各个区段进行简化;S4、根据实际的开挖工况及管棚端部的受力及变形情况,选择适当的约束条件对管棚端部进行简化;S5、根据实际的隧道埋深情况,选择适当的围岩压力计算理论,适当假设管棚全长的荷载分布形式;S6、通过分段节点处的挠度w、转角θ、弯矩M和广义剪力Q的连续性条件以及管棚端部的边界条件求解得到各个区段的挠曲变形的解析解。
2.根据权利要求1所述的双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,考虑梁在弹性地基上的三维影响,运用初参数解法求解挠曲微分控制方程,得到Pasternak地基模型上任意荷载作用下的挠曲变形解析解,具体为:(1) 时,(2) 时,(3) 时,(4)G p =0时,模型退化成Winkler地基梁模型,(5)k=G p =0时,模型退化成普通梁模型,式2)-式21)中:w 0 、θ 0 、M 0 、Q 0 为初始截面的挠度、转角、弯矩及广义剪力,z为积分变量, J 1 (x)=cos(λx)sinh(λx),J 2 (x)=cos(λx)cosh(λx),J 3 (x)=sin(λx)cosh(λx),J 4 (x)=sin(λx)sinh(λx)。
3.根据权利要求1所述的双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,步骤S2具体为:根据典型的隧道施工步骤,将管棚全长分成初期支护封闭段、初期支护未封闭段、开挖未支护段、掌子面前方土体松动段和未松动段;其中,初期支护封闭段、初期支护未封闭段和开挖未支护段长度根据实际支护情况确定;掌子面前方土体松动段长度为: 其中h为隧道开挖高度, 为前方土体的内摩擦角;未松动段根据管棚末端距掌子面的距离确定: 其中ΔL为管棚末端距掌子面的距离。
4.根据权利要求1所述的双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,步骤S3具体为:考虑初期支护的支撑作用,将初期支护封闭段和初期支护未封闭段简化成Pasternak地基梁模型;考虑初期支护的延滞效应,初期支护未封闭段的地层参数通过将初期支护封闭段的地层参数进行折减得到,折减系数取为ξ;将开挖未支护段简化成普通梁模型,当考虑管棚注浆加固壳效应时简化成Winkler地基梁模型;土体松动段和未松动段简化成Pasternak地基梁模型,松动段的地层参数通过将未松动段的地层参数进行折减得到,折减系数取为η。
5.根据权利要求1所述的双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,步骤S4具体为:将管棚靠近初期支护一端简化成有一定初始挠度和转角的固定约束或是具有一定刚度的弹簧约束;远离初期支护一端简化成固定约束或是自由端。
6.根据权利要求1所述的双参数地基梁的管棚支护计算方法,其特征在于,步骤S5具体为:荷载通过铁路隧道设计规范法、太沙基理论、普式理论或是实测结果中的任意一种方法得到;荷载的分布形式假定为均布分布、三角形分布和正态分布中的任意一种。