本发明涉及隧道工程，尤其涉及一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
背景技术：
1、近年来，随着隧道工程的迅速发展，交通基础设施的建设重心不断向山岭地区及复杂地质环境地区转移，隧道工程施工需要穿越的复杂地质地段越来越多。隧道进洞段围岩往往具有浅埋、偏压、风化严重等特点，一般不具有自稳能力，若施工处理不当，极易造成隧道边、仰坡失稳和洞内塌方等事故，管棚超前预加固可以对围岩进行加固，限制围岩塑性区的发展，降低围岩变形，因此，选择隧道管棚超前预支护对于隧道的安全施工极为重要。
2、目前，国内外学者针对确定管棚的受力及变形时，大多根据管棚的变形和受力特征，将管棚视为置于弹性地基上的euler-bernoulli梁，并根据管棚的受力分段建立管棚挠曲控制微分方程并求解，进而得到管棚各区段的受力及变形。
3、但是上述对管棚受力及变形的研究中，或通常将管棚视为独立的单根管，未考虑管棚钢管间的相互作用及管间微拱效应，或在少有考虑管间微拱效应的研究中，所得对管棚受力及变形的计算方法极为复杂，难于对实际工程中的管棚的设计及施工进行有效指导，具有一定的局限性。
技术实现思路
1、本发明提供一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，用以解决现有技术中在对管棚受力及变形研究时，未考虑管棚钢管间的相互作用及管间微拱效应，使得受力和变形预测不够准确的缺陷，本申请的方案中考虑了管棚钢管间的相互作用，同时所得计算方法简单方便，能快速且高效地计算出隧道管棚的受力及变形的计算方法，进而有效地对掌子面前方的管棚受力及变形进行预测，有效地指导实际施工，加高施工的安全性。
2、本发明提供一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，包括：
3、建立隧道管棚受力分析模型，隧道管棚包括未支护段、扰动段和未扰动段，隧道管棚受力分析模型包括未支护段受力模型、扰动段受力模型和未扰动段受力模型；
4、基于隧道管棚受力分析模型，建立隧道管棚挠度控制微分方程；
5、对隧道管棚挠度控制微分方程进行求解，确定隧道管棚挠度；
6、基于隧道管棚挠度确定隧道管棚的受力及变形情况。
7、根据本发明提供的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，计算确定隧道管棚受到的荷载。
8、根据本发明提供的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，隧道管棚受力分析模型分为一类受力分析模型和二类受力分析模型；
9、当u小于或者等于u1时，隧道管棚受力分析模型为一类受力分析模型，当u大于u1时，隧道管棚受力分析模型为二类受力分析模型，其中u为隧道管棚的掌子面前方的扰动段的长度，u1为隧道管棚的掌子面距离隧道管棚端部的距离；
10、一类受力分析模型中包括第一未支护段受力模型、第一扰动段受力模型和第一未扰动段受力模型；
11、二类受力分析模型中包括第二未支护段受力模型、第二扰动段受力模型和第二未扰动段受力模型。
12、根据本发明提供的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，隧道管棚挠度控制微分方程包括未支护段微分方程、扰动段微分方程和未扰动段微分方程；
13、其中未支护段微分方程基于未支护段受力模型建立，扰动段微分方程基于扰动段受力模型建立，未扰动段微分方程基于未扰动段受力模型建立。
14、根据本发明提供的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，隧道管棚挠度控制微分方程分为一类微分方程和二类微分方程；
15、一类微分方程包括第一未支护段微分方程、第一扰动段微分方程和第一未扰动段微分方程；
16、二类微分方程包括第二未支护段微分方程、第二扰动段微分方程和第二未扰动段微分方程。
17、根据本发明提供的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，对隧道管棚挠度控制微分方程进行求解，包括：
18、对一类微分方程和二类微分方程分别求解。
19、本发明还提供一种软弱围岩隧道管棚受力及变形预测系统，包括：
20、受力模型建立模块，用于建立隧道管棚受力分析模型，隧道管棚包括未支护段、扰动段和未扰动段，隧道管棚受力分析模型包括未支护段受力模型、扰动段受力模型和未扰动段受力模型；
21、微分方程建立模块，用于基于隧道管棚受力分析模型，建立隧道管棚挠度控制微分方程；
22、管棚挠度确定模块，用于对隧道管棚挠度控制微分方程进行求解，确定隧道管棚挠度；
23、受力预测模块，用于基于隧道管棚挠度确定隧道管棚的受力及变形情况。
24、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
25、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
26、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
27、本发明还提供一种软弱围岩隧道管棚受力及变形预测装置，应用上述任一种计算方法对软弱围岩隧道管棚进行受力及变形预测。
28、本申请的方案中做了如下假设：单个循环开挖下管棚各区段所受荷载及基床系数为常量，并对扰动区进行折减；套拱基础对管棚的约束视为具有固定约束，套拱位置处的初始挠度及转角为零。同时，考虑了管棚钢管间的相互作用，更加接近隧道施工的实际情况，据此得到的管棚受力及变形的预测结果更接近实际值；另外在计算工程中计算参数综合实际工程的地勘资料及相关规范取值，假设作用于管棚的荷载呈均匀分布，可直接求得管棚挠度的解析式，进而可得到管棚的受力及变形，计算简单，能更有效地指导实际工程中管棚的设计及施工。
1.软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，还包括：
3.根据权利要求1所述的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，所述隧道管棚受力分析模型分为一类受力分析模型和二类受力分析模型；
4.根据权利要求3所述的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，所述隧道管棚挠度控制微分方程包括未支护段微分方程、扰动段微分方程和未扰动段微分方程；
5.根据权利要求4所述的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，所述隧道管棚挠度控制微分方程分为一类微分方程和二类微分方程；
6.根据权利要求5所述的软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法，其特征在于，所述对隧道管棚挠度控制微分方程进行求解，包括：
7.软弱围岩隧道管棚受力及变形预测系统，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述软弱围岩隧道管棚受力及变形的计算方法。
10.软弱围岩隧道管棚受力及变形预测装置，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述计算方法对软弱围岩隧道管棚进行受力及变形预测。
