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基于粒子群算法高地应力软岩隧道支护方案优化
Optimization of Support Scheme for High Ground Stress Soft Rock Tunnel based on Particle Swarm Optimization Algorithm
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余文静1 ,2 ,  高新强1 ,2 ,3 ,  孔超4 ,  王立川5 ,  赵静波5 ,  关岳卓尔1 ,2 ,  董北毅1 ,2 ,  朱正国1 ,2

 

(1 . 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室 ,石家庄 050043 ;

2. 石家庄铁道大学 土木工程学院 ,石家庄 050043 ;  3. 河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室,石家庄 050043 ;  4. 西南科技大学 土木工程与建筑学院,绵阳 210000;  5.  中铁十八局集团有限公司,天津 300222)

摘   要 :隧道初期支护参数对高地应力软岩大变形隧道的安全施工有重要影响。依托西部地区某高地应力隧道 ,采用数值模拟方法和粒子群算法优化支护方案中初期支护的钢拱架纵向间距 、锚杆长度 、锚杆环 、纵向间距 、喷射混凝土厚度及强度等参数。结果表明: 为控制初期支护拱顶沉降变形量 ,钢架抗弯刚度与钢架纵向间距 、锚杆长度与锚杆纵向间距参数取值具有反相关性 ,需在一定范围内取值 ;综合拱脚和拱顶变形分析 ,锚杆长度应大于 3 m ,  锚杆纵向间距应小于 1 . 0 m; 喷射混凝土强度等级及厚度取值偏保守 ,可以适当降低。

关键词:铁路隧道 ;高地应力 ;初期支护变形 ;支护方案优化 ;粒子群算法

中图分类号:U455           

文献标志码:A           

文章编号: 1005- 8249   (2025)  04- 0105- 06

DOI:10. 19860/j.cnki.issn1005 - 8249.2025 .04.020

 

YU Wenjing1 , 2  ,   GAO Xinqiang1 , 2 , 3  ,  KONG Chao4 ,  WANG Lichuan5 ,  ZHAO Jingbo5 ,

GUAN Yuezhuoer1 , 2  ,  DONG Beiyi 1 , 2  ,  ZHU Zhengguo1 , 2

( 1 . State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures ,

Shijiazhuang Tiedao University ,  Shijiazhuang 050043 , China;  2. School  of Civil Engineering , Shijiazhuang

Tiedao University ,  Shijiazhuang 050043 , China;  3 . Hebei Key Laboratory of Mechanics Behavior Evolution

and Control of Transport Engineering Structures ,  Shijiazhuang 050043 , China;  4. School  of Civil Engineering

and Architecture , Southwest University of Science and Technology , Mianyang 210000 , China;

5 . China Railway 18th Bureau Group Co . ,  Ltd. ,  Tianjin 300222 ,  China)

Abstract :  The initial support parameters have a significant impact on the  safe  construction of highly stressed  soft rock tunnels with large deformations . Based  on  a  highly stressed tunnel in the western region ,  numerical  simulation and particle  swarm optimization  (PSO)  to  optimize  key parameters of the initial support scheme , such as : steel arch longitudinal spacing , anchor bolt length and  circumferential  spacing , and  shotcrete  thickness  and  strength.  The  results show  that  to control  the settlement deformation of the initial support arch vault , there is an inverse correlation between the bending stiffness of steel frame and the longitudinal spacing of the steel arch , as well as the length and longitudinal spacing of the anchor. These  parameters  should be selected within certain ranges;  Comprehensive arch foot and vault deformation analysis , anchor length should be longer than 3 m , anchor longitudinal spacing should be less than 1 . 0 m;  the strength grade and thickness of shotcrete are conservative and can be appropriately reduced.

Key words : railway  tunnel; high ground  stress; initial support  deformation; optimization  of  supporting scheme; particleswarm optimization algorithm

基金项目:河北省自然科学基金项目  (E202310057) 。

作者简介:余文静  (1999—) ,  女 ,硕士研究生 ,研究方向: 隧道与地下工程围岩稳定性。

通信作者: 高新强  (1970—) ,  男 ,博士 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向: 隧道与地下工程围岩稳定性。

收稿日期:2024 - 07 - 03