1.一种钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、统计隧道在围岩的物理力学参数、地应力场大小及方向、地层岩性产状信息;S2、利用数值模拟计算得到围岩初始应力场;S3、对隧道围岩采用不同工法进行模拟开挖,计算得到隧道不采用斜向超前锚杆支护系统时,开挖扰动后形成的开挖应力场 ;S4、对隧道围岩采用同样的工法进行模拟开挖,计算得到隧道采用斜向超前锚杆支护系统时,开挖扰动后形成的开挖应力场 ;S5、分析开挖应力场的演化特征,计算围岩应力集中比,分析超前支护对围岩应力集中的改善情况;S6、计算斜向超前锚杆形成的支护应力场,分析支护应力场的演化特征; (4)式中: 为由于斜向超前锚杆支护形成的附加应力场, 为有斜向超前锚杆支护时围岩开挖形成的应力场, 为无支护时围岩开挖形成的应力场;S7、对步骤S6中得到的斜向超前锚杆支护应力场采用Tecplot绘图软件进行等值线的绘制,取0.1Mpa等值线作为斜锚杆影响范围的界限;S8、根据施工开挖工法、掌子面推进距离、锚杆设计参数确定特定断面锚杆加固范围;S9、提高锚杆影响范围内的围岩参数;S10、重新计算斜向超前预支护锚杆作用下加固范围内参数提高后的隧道围岩开挖应力场和开挖位移场;S11、根据优化后的锚杆设计参数,反馈给施工现场进行锚杆参数的优化设计;S12、根据隧道施工现场实测洞周扰动应力、监控量测位移数据反推围岩应力场,与计算得到的开挖应力场和位移场进行比较,修正计算参数并重复步骤S1-S11,重新计算,直到计算得到的开挖应力场、位移场与实测值相符。
2.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S2、S3、S4中,通过FLAC 3D 进行计算。
3.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S3中,不同工法包括两台阶和三台阶工法。
4.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S5中,围岩应力集中比的计算方法为: (1) (2) (3)式中: 、 分别代表围岩单元x、y、z方向的应力集中比, 、 分别代表围岩单元x、y、z方向开挖应力场下应力, 、 分别代表围岩单元x、y、z方向初始应力场下应力。
5.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S7中,大于等于0.1Mpa的区域为斜向超前锚杆的影响范围,小于0.1Mpa的区域为斜向超前锚杆的非影响范围。
6.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S8中,确定开挖工法的方法为:绘制不同工法下斜向超前锚杆支护应力场的影响范围图,分析两台阶和三台阶工法下斜向超前锚杆支护应力场的演化特征,比较不同工法下影响范围的差异,得到最能发挥斜向超前锚杆支护作用的开挖工法。
7.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S8中,掌子面推进距离的确定方法为:绘制斜向超前锚杆支护应力场随掌子面推进的影响范围演化图,分析随掌子面推进,斜向超前锚杆支护应力场的演化特征,得到斜向超前锚杆支护应力场的时空分布特征。
8.根据权利要求1所述的钻爆法隧道斜向超前预支护锚杆系统设计分析方法,其特征在于:在步骤S8中,锚杆设计参数的确定方法为:通过改变锚杆设计参数得到最能发挥斜向超前锚杆支护作用的长度、角度、打设范围,绘制斜向超前锚杆支护应力场随锚杆参数变化的影响范围图,分析斜向超前预支护锚杆参数变化下斜向超前锚杆支护应力场的演化特征,得到最能发挥斜向超前锚杆支护作用的长度、角度、打设范围。