本發(fā)明涉及隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

隧道施工工藝對(duì)圍巖穩(wěn)定性及工程進(jìn)度影響較大，現(xiàn)如今高速公路隧道施工普遍采用的施工方法有全斷面法、臺(tái)階法及單側(cè)壁導(dǎo)坑法。全斷面法施工進(jìn)度快，但是對(duì)圍巖擾動(dòng)大，單側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)圍巖擾動(dòng)小，但是工序繁瑣，進(jìn)度慢，臺(tái)階法則位于二者之間。

本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)地勘資料及隧道設(shè)計(jì)說(shuō)明建議V級(jí)圍巖隧道采用臺(tái)階法或?qū)Ф捶ㄊ┕?，但是設(shè)計(jì)建議本身未給出施工方案具體的理論依據(jù)。另外，大多數(shù)隧道施工方案還忽略了巖層的分布特性，對(duì)地層中細(xì)觀結(jié)構(gòu)影響，如層理效應(yīng)的存在也未深入說(shuō)明。近水平軟硬互層圍巖隧道由于層理效應(yīng)較強(qiáng)使得圍巖變形特點(diǎn)明顯，且使得初期支護(hù)在隧道各個(gè)部位的受力有很大的不同，二襯支護(hù)時(shí)間也可相應(yīng)縮短。也就不能針對(duì)性地在如臺(tái)階日進(jìn)尺、二襯支護(hù)時(shí)間等方面選取一種合適的施工工藝參數(shù)，因此無(wú)理論依據(jù)，完全憑借經(jīng)驗(yàn)值選取施工工藝，使得長(zhǎng)期以來(lái)水平軟硬互層圍巖隧道的施工工藝方面沒(méi)能有一個(gè)合理的方案，不僅會(huì)對(duì)工程進(jìn)度造成影響，而且在各類工序的時(shí)間上和經(jīng)濟(jì)上都造成了極大的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝方面沒(méi)有一個(gè)合理的方案，完全憑借經(jīng)驗(yàn)選取施工工藝參數(shù)值，不僅會(huì)對(duì)工程進(jìn)度造成影響，而且在各類工序的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上都造成了極大浪費(fèi)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法，以砂泥軟硬互層圍巖為依托，采用數(shù)值模擬進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際優(yōu)化方案，得出一種適用于軟硬互層圍巖隧道施工工藝參數(shù)，對(duì)類似于水平軟硬互層圍巖隧道具有借鑒意義，在應(yīng)用方面具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法，所述優(yōu)化方法包括：

前期參數(shù)化模型分析：根據(jù)近水平軟硬互層隧道圍巖的特點(diǎn)，對(duì)上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工工藝進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證對(duì)比，得出三種施工方法各自的水平收斂值和拱頂下沉值；

生成分析文件：先建立隧道開(kāi)挖模型并求解，得出上下臺(tái)階法施工后水平收斂值和拱頂下沉值，再提取需要用到的優(yōu)化參數(shù)拱頂下沉值，并用優(yōu)化器中的lgwrite命令將當(dāng)前信息保存為分析文件；

確定目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化自變量：所述目標(biāo)函數(shù)為事先設(shè)計(jì)確定，具體為Minz＝|u_y-u₁|，式中，Min z為優(yōu)化得出的最優(yōu)解，u_y為上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值，u₁為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值＝8.91毫米，所述優(yōu)化自變量包括上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度參數(shù)L，上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)到下臺(tái)階開(kāi)挖的時(shí)間間隔參數(shù)t₁以及二襯時(shí)間參數(shù)t₂，所述優(yōu)化自變量設(shè)定的優(yōu)化范圍分別設(shè)為：10米<L<20米，5天<t₁<20天，20天<t₂<40天；

迭代優(yōu)化結(jié)果：采用零階或一階優(yōu)化算法計(jì)算優(yōu)化結(jié)果，并在獲得最優(yōu)結(jié)果或達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)時(shí)停止循環(huán)計(jì)算，且所述優(yōu)化結(jié)果根據(jù)以下公式獲得：

z＝|u_y-u₁|＝a₀+a₁t₁+a₂t₂+a₃L+b₁t₁²+b₂t₂²+b₃L²+c₁₂t₁t₂+c₂₃t₂L+c₁₃t₁L

式中，z為最優(yōu)解，u_y為上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值，u₁為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值＝8.91毫米，a₀、a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁₂、c₂₃、c₁₃均為常數(shù)，L為上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度，t₁為上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)到下臺(tái)階開(kāi)挖的時(shí)間間隔，t₂為二襯時(shí)間；

執(zhí)行優(yōu)化分析：執(zhí)行ANSYS軟件中的命令opexe，ANSYS軟件會(huì)根據(jù)所述分析文件生成優(yōu)化循環(huán)文件，所述優(yōu)化循環(huán)文件中記錄有每次迭代計(jì)算后的優(yōu)化結(jié)果；

查看分析結(jié)果：從所述優(yōu)化循環(huán)文件中查看當(dāng)z＝0即u_y＝u₁＝8.91毫米時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化自變量參數(shù)L、t₁和t₂的值及日進(jìn)尺量s＝L/t₁的值，即為所述近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝參數(shù)最優(yōu)結(jié)果。

進(jìn)一步，所述前期參數(shù)化模型分析具體包括：

S1、獲得圍巖相關(guān)力學(xué)參數(shù)：采用巖石常規(guī)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，按照《巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程》將所要模擬的隧道圍巖加工成直徑50毫米、長(zhǎng)100毫米的圓柱型標(biāo)準(zhǔn)試件，通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)獲得圍巖相關(guān)力學(xué)參數(shù)，所述力學(xué)參數(shù)包括彈性模量、泊松比、密度、粘聚力和內(nèi)摩擦角；

S2、數(shù)值模擬過(guò)程，其包括以下模擬步驟：

S21、參數(shù)定義：對(duì)圍巖材料屬性中包括彈性模量、泊松比、密度在內(nèi)的線性參數(shù)通過(guò)ANSYS軟件中的mp命令進(jìn)行定義；并選用ANSYS軟件自帶的彈塑性本構(gòu)模型，對(duì)圍巖非線性分析所需的粘聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)采用tb，creep命令進(jìn)行定義，且所述巖石參數(shù)具體數(shù)值均通過(guò)步驟S1試驗(yàn)得到；

S22、模型建立：建立隧道開(kāi)挖模型，并劃分網(wǎng)格，模型中要包括初襯和二襯，巖石自上而下為第一砂巖、第一泥巖、第二砂巖、第二泥巖、第三砂巖、第三泥巖和第四砂巖；

S23、模擬地應(yīng)力：將水平方向的邊界進(jìn)行約束，使得邊界在水平方向位移為零；對(duì)于豎直方向，底部位移同樣進(jìn)行限制，也為零；頂部是自由面位移不受限制，在頂部施加重力荷載，模擬上覆巖層的自重；同時(shí)，該過(guò)程中殺死錨桿及襯砌單元，保證原巖應(yīng)力下錨桿及襯砌無(wú)作用；

S24、模擬開(kāi)挖到初襯：模擬地應(yīng)力后，采用ekill命令殺死開(kāi)挖巖體材料單元，進(jìn)而模擬開(kāi)挖過(guò)程，并采用ealive命令激活錨桿及襯砌材料單元，使其發(fā)揮作用，模擬初期支護(hù)過(guò)程，從而得出上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工方法施工后的水平收斂值和拱頂下沉值。

進(jìn)一步，所述生成分析文件中建立隧道開(kāi)挖模型并求解的方法與所述前期參數(shù)化模型分析的方法相同。

進(jìn)一步，所述查看分析結(jié)果中當(dāng)z＝0即u_y＝u₁＝8.91毫米時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化自變量參數(shù)L＝13.305米，t₁＝8.73天，t₂＝26.425天，s＝1.524米/天。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法，通過(guò)前期參數(shù)化模型分析針對(duì)近水平軟硬互層隧道圍巖的特點(diǎn)，對(duì)上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證對(duì)比，得出單側(cè)壁導(dǎo)坑法較其他兩種方法對(duì)圍巖擾動(dòng)最小，但是會(huì)影響施工進(jìn)度，在此基礎(chǔ)上提出采用上下臺(tái)階法施工，使上下臺(tái)階法對(duì)圍巖的擾動(dòng)逼近單側(cè)壁導(dǎo)坑法，迭代計(jì)算出在上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值u_y等于單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值u₁的前提下，與拱頂沉降值u_y相關(guān)參數(shù)L、t₁、t₂和s的最優(yōu)結(jié)果，根據(jù)這些最優(yōu)結(jié)果完成對(duì)施工過(guò)程中包括上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度L及日進(jìn)尺量s等參數(shù)在內(nèi)的合理控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工指導(dǎo)的優(yōu)化控制。

附圖說(shuō)明

圖1a是上下臺(tái)階法開(kāi)挖橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b是上下臺(tái)階法開(kāi)挖縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a是全斷面法開(kāi)挖橫斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b是全斷面法開(kāi)挖縱斷面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的隧道模型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5a是軟硬互層圍巖隧道上下臺(tái)階開(kāi)挖X方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖5b是軟硬互層圍巖隧道上下臺(tái)階開(kāi)挖Y方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖6a是軟硬互層圍巖隧道全斷面開(kāi)挖X方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖6b是軟硬互層圍巖隧道全斷面開(kāi)挖Y方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖7a是軟硬互層圍巖隧道單側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖X方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖7b是軟硬互層圍巖隧道單側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖Y方向位移變化示意圖(單位：米)。

圖8a是上下臺(tái)階法上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度優(yōu)化后圍巖在X方向位移變形量(單位：米)。

圖8b是上下臺(tái)階法上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度優(yōu)化后圍巖在Y方向位移變形量(單位：米)。

圖中，11、第一砂巖；12、第一泥巖；13、第二砂巖；14、第二泥巖；15、第三砂巖；16、第三泥巖；17、第四砂巖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“徑向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明提供一種近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法，所述優(yōu)化方法包括：

前期參數(shù)化模型分析：根據(jù)近水平軟硬互層隧道圍巖的特點(diǎn)，對(duì)上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工工藝進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證對(duì)比，得出三種施工方法各自的水平收斂值和拱頂下沉值；

生成分析文件：先建立隧道開(kāi)挖模型并求解，得出上下臺(tái)階法施工后水平收斂值和拱頂下沉值，再提取需要用到的優(yōu)化參數(shù)拱頂下沉值，并用優(yōu)化器中的lgwrite命令將當(dāng)前信息保存為分析文件；

確定目標(biāo)函數(shù)及優(yōu)化自變量：所述目標(biāo)函數(shù)為事先設(shè)計(jì)確定，具體為Minz＝|u_y-u₁|，式中，Min z為優(yōu)化得出的最優(yōu)解，u_y為上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值，u₁為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值＝8.91毫米，所述優(yōu)化自變量包括上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度參數(shù)L，上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)到下臺(tái)階開(kāi)挖的時(shí)間間隔參數(shù)t₁以及二襯時(shí)間參數(shù)t₂，所述優(yōu)化自變量設(shè)定的優(yōu)化范圍分別設(shè)為：10米<L<20米，5天<t₁<20天，20天<t₂<40天；

迭代優(yōu)化結(jié)果：采用零階或一階優(yōu)化算法計(jì)算優(yōu)化結(jié)果，并在獲得最優(yōu)結(jié)果或達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)時(shí)停止循環(huán)計(jì)算，且所述優(yōu)化結(jié)果根據(jù)以下公式獲得：

z＝|u_y-u₁|＝a₀+a₁t₁+a₂t₂+a₃L+b₁t₁²+b₂t₂²+b₃L²+c₁₂t₁t₂+c₂₃t₂L+c₁₃t₁L 式(1)

式中，z為最優(yōu)解，uy為上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值，u₁為單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值＝8.91毫米，a₀、a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁₂、c₂₃、c₁₃均為常數(shù)，L為上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度，t₁為上臺(tái)階開(kāi)挖支護(hù)到下臺(tái)階開(kāi)挖的時(shí)間間隔，t₂為二襯時(shí)間；

執(zhí)行優(yōu)化分析：執(zhí)行ANSYS軟件中的命令opexe，ANSYS軟件會(huì)根據(jù)所述分析文件生成優(yōu)化循環(huán)文件，所述優(yōu)化循環(huán)文件中記錄有每次迭代計(jì)算后的優(yōu)化結(jié)果；

查看分析結(jié)果：從所述優(yōu)化循環(huán)文件中查看當(dāng)z＝0即u_y＝u₁＝8.91毫米時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化自變量參數(shù)L、t₁和t₂的值及日進(jìn)尺量s＝L/t₁的值，即為所述近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝參數(shù)最優(yōu)結(jié)果。

作為具體實(shí)施例，所述前期參數(shù)化模型分析具體包括：

S1、獲得圍巖相關(guān)力學(xué)參數(shù)：采用巖石常規(guī)力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，按照《巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)規(guī)程》將所要模擬的隧道圍巖加工成直徑50毫米、長(zhǎng)100毫米的圓柱型標(biāo)準(zhǔn)試件，通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)獲得圍巖相關(guān)力學(xué)參數(shù)，所述力學(xué)參數(shù)包括彈性模量、泊松比、密度、粘聚力和內(nèi)摩擦角；

S2、數(shù)值模擬過(guò)程，其分別對(duì)上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工模擬；請(qǐng)參考圖1a和圖1b所示，所述上下臺(tái)階法施工步驟包括：A1、上臺(tái)階開(kāi)挖，A2、上臺(tái)階初期支護(hù)及超前預(yù)支護(hù)，A3、下臺(tái)階開(kāi)挖，A4、下臺(tái)階初期支護(hù)，A5、仰拱開(kāi)挖，A6、仰拱及仰拱填充澆筑，A7、拱墻二次襯砌澆筑；請(qǐng)參考圖2a和圖2b所示，所述全斷面法施工步驟包括：B1、全斷面開(kāi)挖，B2、拱和墻初期支護(hù)，B3、拱和墻襯砌混凝土澆筑；請(qǐng)參考圖3所示，所述單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟包括：C1、上臺(tái)階中夾巖側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)，其具體包括：C11、上臺(tái)階一區(qū)中夾巖側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖，C12、導(dǎo)坑初支，先初噴1-3厘米厚，安裝錨桿及鋼筋網(wǎng)，再裝鋼架和超前小導(dǎo)管，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度；C2、下臺(tái)階中夾巖側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)，其具體包括：C21、上臺(tái)階一區(qū)導(dǎo)坑開(kāi)挖5-10米后，開(kāi)始下臺(tái)階一區(qū)中夾巖側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖，C22、導(dǎo)坑初支，先初噴1-3厘米厚，安裝錨桿及鋼筋網(wǎng)，再裝邊墻、仰拱及中隔墻鋼架，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度；C3、上臺(tái)階另側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)，其具體包括：C31、下臺(tái)階一區(qū)導(dǎo)坑開(kāi)挖5米后，開(kāi)始上臺(tái)階另側(cè)(即二區(qū))導(dǎo)坑開(kāi)挖，C32、導(dǎo)坑初支，先初噴1-3厘米厚，安裝錨桿及鋼筋網(wǎng)，再裝拱部鋼架和超前小導(dǎo)管，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度；C4、下臺(tái)階另側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖支護(hù)，其具體包括：C41、上臺(tái)階二區(qū)導(dǎo)坑開(kāi)挖5-10米后，開(kāi)始下臺(tái)階另側(cè)(即二區(qū))導(dǎo)坑開(kāi)挖，C42、導(dǎo)坑初支，先初噴1-3厘米厚，安裝錨桿及鋼筋網(wǎng)，再裝邊墻和仰拱鋼架，然后復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度，C43、拆除中隔墻，澆筑仰拱混凝土，C44、澆筑邊墻及拱部襯砌混凝土。

所述數(shù)值模擬過(guò)程包括以下模擬步驟：

S21、參數(shù)定義：對(duì)圍巖材料屬性中包括彈性模量、泊松比、密度在內(nèi)的線性參數(shù)通過(guò)ANSYS軟件中的mp命令進(jìn)行定義；并選用ANSYS軟件自帶的彈塑性本構(gòu)模型，對(duì)圍巖非線性分析所需的粘聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)采用tb，creep命令進(jìn)行定義，且所述巖石參數(shù)具體數(shù)值均通過(guò)步驟S1試驗(yàn)得到；

S22、模型建立：建立隧道開(kāi)挖模型，并劃分網(wǎng)格，模型中要包括初襯和二襯，其模型具體可以參考圖1a、圖1b、圖2a、圖2b和圖3所示的隧道支護(hù)示意圖來(lái)建立；巖石自上而下為第一砂巖11、第一泥巖12、第二砂巖13、第二泥巖14、第三砂巖15、第三泥巖16和第四砂巖17，具體請(qǐng)參考圖4所示的隧道模型示意圖；

S23、模擬地應(yīng)力：將水平方向的邊界進(jìn)行約束，使得邊界在水平方向位移為零；對(duì)于豎直方向，底部位移同樣進(jìn)行限制，也為零；頂部是自由面位移不受限制，在頂部施加重力荷載，模擬上覆巖層的自重；同時(shí)，該過(guò)程中殺死錨桿及襯砌單元，保證原巖應(yīng)力下錨桿及襯砌無(wú)作用；

S24、模擬開(kāi)挖到初襯：模擬地應(yīng)力后，采用ekill命令殺死開(kāi)挖巖體材料單元，進(jìn)而模擬開(kāi)挖過(guò)程，并采用ealive命令激活錨桿及襯砌材料單元，使其發(fā)揮作用，模擬初期支護(hù)過(guò)程，從而得出上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工方法施工后的水平收斂值和拱頂下沉值；具體地，請(qǐng)參考圖5a和5b所示，上下臺(tái)階法施工后水平收斂值＝3.24-(-2.88)＝6.12毫米，拱頂下沉10.77毫米；請(qǐng)參考圖6a和6b所示，全斷面法施工后水平收斂值＝4.672-(-4.087)＝6.12毫米，拱頂下沉14.52毫米；請(qǐng)參考圖7a和7b所示，單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工后水平收斂值＝2.413-(-2.364)＝4.777毫米，拱頂下沉8.91毫米。

作為具體實(shí)施例，所述生成分析文件中建立隧道開(kāi)挖模型并求解的方法與所述前期參數(shù)化模型分析的方法相同，由此得到上下臺(tái)階法施工后水平收斂值6.12毫米和拱頂下沉值10.77毫米，再?gòu)闹刑崛⌒枰玫降膬?yōu)化參數(shù)拱頂下沉值u_y，并用優(yōu)化器中的lgwrite命令將當(dāng)前信息保存為分析文件，其具體可以采用語(yǔ)句：lgwrite，’A’，’lgw’實(shí)現(xiàn)。

作為具體實(shí)施例，在所述確定目標(biāo)函數(shù)中，由于在上下臺(tái)階法施工結(jié)果中，近水平軟硬互層圍巖水平收斂變化數(shù)值較拱頂下沉值更小，目標(biāo)函數(shù)表示將上下臺(tái)階法拱頂下沉模擬數(shù)值逼近單側(cè)壁導(dǎo)坑法拱頂下沉模擬數(shù)值，來(lái)得出最優(yōu)解，由前述可知，單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工后拱頂下沉值u₁為8.91毫米；而Min z的理論值最小為0，此時(shí)u_y＝u₁即是想要得到的最優(yōu)解。同時(shí)，作為一種實(shí)施方式，所述優(yōu)化自變量的設(shè)定范圍采用opvar命令來(lái)完成，如opvar，t1，dv，5，20，即表示時(shí)間間隔參數(shù)t1設(shè)置的優(yōu)化范圍為5-20。

作為具體實(shí)施例，所述零階優(yōu)化算法只用到因變量本身，未利用因量的導(dǎo)數(shù)，因而稱為零階方法，其算法命令為：optype，subp；其本身是一種函數(shù)逼近優(yōu)化算法，其近似式如前述式(1)所示。所述一階優(yōu)化算法用因變量的導(dǎo)數(shù)來(lái)決定并獲得優(yōu)化結(jié)果，因而稱為一階方法，其算法命令為：optype，first；因?yàn)閮?yōu)化過(guò)程中沒(méi)有近似，因此也更為精確，即對(duì)式(1)中因變量求導(dǎo)。每次迭代設(shè)計(jì)多次分析，即對(duì)分析文件進(jìn)行多次循環(huán)，以確定最合適的優(yōu)化結(jié)果，例如使用上下臺(tái)階法允許最大迭代次數(shù)為30次的命令為：Opfrst，30；優(yōu)化結(jié)束后，會(huì)得到一個(gè)文本文檔即優(yōu)化循環(huán)文件，得到的優(yōu)化參數(shù)將會(huì)在文本文檔中列出或記錄，其中會(huì)有一組參數(shù)值為最佳參數(shù)數(shù)值。

作為具體實(shí)施例，經(jīng)過(guò)多次迭代如10次，得到最優(yōu)結(jié)果，如下表1示：

表1：

從上表1可以看出，當(dāng)z＝0即u_y＝u₁＝8.91毫米時(shí)，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化自變量參數(shù)L＝13.305米，t₁＝8.73天，t₂＝26.425天，s＝L/t₁＝1.524米/天，按此工藝參數(shù)進(jìn)行施工指導(dǎo)，即可實(shí)現(xiàn)上下臺(tái)階法與單側(cè)壁導(dǎo)坑法對(duì)圍巖擾動(dòng)效果相近。具體請(qǐng)參考圖8a和8b所示，圖8a為隧道斷面成型后，圍巖X方向的位移量，其最大變形量在拱腳處為3.72毫米，且可以看出拱腰處的水平收斂值為2.912-(-2.713)＝5.63毫米；圖8b為Y方向的變形，可以看出拱頂最大沉降量約為8.91毫米，由于拱底處泥巖本身的強(qiáng)度較砂巖更低的特性，因而拱底變形較大，約為14.10毫米。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的近水平軟硬互層圍巖隧道施工工藝優(yōu)化方法，通過(guò)前期參數(shù)化模型分析針對(duì)近水平軟硬互層隧道圍巖的特點(diǎn)，對(duì)上下臺(tái)階法、全斷面法和單側(cè)壁導(dǎo)坑法三種施工工藝進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證對(duì)比，得出單側(cè)壁導(dǎo)坑法較其他兩種方法對(duì)圍巖擾動(dòng)最小，但是會(huì)影響施工進(jìn)度，在此基礎(chǔ)上提出采用上下臺(tái)階法施工，使上下臺(tái)階法對(duì)圍巖的擾動(dòng)逼近單側(cè)壁導(dǎo)坑法，迭代計(jì)算出在上下臺(tái)階法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值u_y等于單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工斷面成型后圍巖的拱頂沉降值u₁的前提下，與拱頂沉降值u_y相關(guān)參數(shù)L、t₁、t₂和s的最優(yōu)結(jié)果，根據(jù)這些最優(yōu)結(jié)果完成對(duì)施工過(guò)程中包括上臺(tái)階開(kāi)挖長(zhǎng)度L及日進(jìn)尺量s等參數(shù)在內(nèi)的合理控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工指導(dǎo)的優(yōu)化控制。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。