(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211075635.9 (22)申请日 2022.09.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115146420 A (43)申请公布日 2022.10.04 (73)专利权人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 邱实　王劲　牛浩然　孙颖　 王卫东　王李昌　 (74)专利代理 机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 专利代理师 周咏　米中业 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/13(2020.01) E21D 21/00(2006.01) E21D 20/02(2006.01) G06F 113/14(2020.01) (56)对比文件 CN 110909407 A,2020.0 3.24CN 208780451 U,2019.04.23 CN 107704675 A,2018.02.16 CN 113338313 A,2021.09.0 3 CN 105302934 A,2016.02.0 3 CN 107292052 A,2017.10.24 CN 110909407 A,2020.0 3.24 EP 3620606 A1,2020.0 3.11 US 2012109589 A1,2012.0 5.03 US 20171325 67 A1,2017.0 5.11 WO 2016033345 A1,2016.0 3.03 CN 111553000 A,2020.08.18 刘洋.铁路隧道工程锚杆快速施工 机械配置 技术研究. 《现代城市轨道交通》 .2020,(第02 期),全文. 路军富等.高速铁路深埋黄 土隧道变形模式 及锚杆作用机理研究. 《隧道建 设》 .2009,(第04 期),全文. 王才进等.基于人工神经网络的炭质岩隧道 锚杆应力计算研究. 《安全与环境工程》 .2020, (第02期),全 文. 赵东平等.隧道系统锚杆研究现状与发展方 向. 《土木工程学报》 .2020,(第08 期),全文. 审查员 夏容 (54)发明名称 铁路隧道锚杆精细化模型的建立方法 (57)摘要 本发明公开了一种铁路隧道锚杆精细化模 型的建立方法， 包括根据现行锚 杆的技术规范将 铁路隧道锚 杆进行分类； 根据各个类别锚杆的组 件的几何特征对 各个类别锚 杆进行精细化建模； 基于铁路隧道锚 杆支护设计通图， 根据隧道所在 线路的空间线数据和隧道衬砌断面类型确定隧 道采用的锚 杆类型， 并实现铁 路隧锚杆沿空间线 的参数化分布建模。 本发明实现了单个锚杆模型 的参数化建立， 模型精度高； 利用参数化建立锚 杆模型的方式节省了模型导入需要的时间， 结合 开放式图形引擎的特性减少了渲染的资源和时间； 同时本发 明方法能够辅助计算各类型锚 杆需 要的工程量， 实现对单根锚杆的定位， 适用于设 计工作和施工作业， 而且精度较高、 可靠性较好 且方便快捷。 权利要求书4页 说明书14页 附图3页 CN 115146420 B 2022.11.25 CN 115146420 B 1.一种铁路隧道锚杆精细化模型的建立方法， 其特 征在于包括如下步骤： S1. 根据现行锚杆的技 术规范， 将铁路隧道锚杆进行分类； S2. 根据各个类别锚杆的组件的几何特征， 对各个类别锚杆进行精细化建模； 具体为 将各类别锚杆划分为若干个基本构件， 并针对每个基本构件， 采用开放式图形引擎进行参 数化建模和组装， 从而实现对各个 类别锚杆的精细化建模 S3. 基于铁路隧道锚杆支护设计通图， 根据隧道所在线路的空间线数据和隧道衬砌断 面类型， 确定隧道采用的锚杆类型， 并实现铁路隧锚杆沿空间线的参数化分布建模； 具体包 括如下步骤： A. 根据线路参数， 生成空间线模型， 并获取任意里程对应的空间点三维坐标和切向 量； B. 根据隧道断面变化点和隧道地质条件变化分界点对隧道进行分段， 确定每一段隧 道所对应的围岩级别以及断面轮廓的各项设计参数； C. 根据隧道锚杆支护设计通图中各项参数之间的关系， 参数化生成隧道截面锚杆分 布标准模型， 并设定隧道截面锚杆分布标准模型的参数； 具体包括如下步骤： 根据锚杆在隧道断面的分布位置， 将锚杆分为拱部锚杆、 墙部锚杆和仰拱部锚杆三类； 根据隧道分段 的围岩级别确定锚杆的布置方案： Ⅲ级围岩以下采用局部布置锚杆方案， Ⅲ 级围岩采用拱部布置锚杆方案， Ⅳ级围岩及以上采用拱部+墙部布置锚杆方案； 软弱围岩采 用拱部+墙部+仰拱部布置锚杆 方案； 以隧道中线为 y轴， 内轨顶面为 x轴， 两者的交点 O作为原点， 过交点 O且与y轴和x轴垂直 的方向为 z轴， 建立隧道参数坐标系， 且规定向右、 向上、 向屏幕外的方向为正方向； 隧道为 轴对称， 隧道中线为对称轴， 隧道断面轮廓左右两侧完全 对称； 定义隧道锚杆分布标准模型的可变参数： 单截 面锚杆的数量 num； 锚杆环向间距 c1； 初期 支护的厚度 t1； 拱部初期支护内侧圆弧半径 R1； 拱部圆心 O1到原点O的高度hO1； 拱部锚杆分布 弧度 ； 直边墙高度 h3； 直边墙顶部至原点水平距离 s1； 直边墙顶部至原点垂直距离 h4； 曲 边墙初期支护内侧圆弧半径 R2； 曲边墙圆心 O2坐标 ； 曲边墙锚杆分布弧度 ； 仰拱缓冲区初期支护内侧圆弧半径 R3； 仰拱缓冲区圆心 O3坐标 ； 仰拱缓冲区锚 杆分布弧度 ； 仰拱初期支护内侧圆弧半径 R4； 仰拱部圆心O4到原点的高度 hO4； 定义隧道 锚杆分布标准模型计算过程的中间参数： 拱部环向锚杆间弧度 ； 曲墙部环向锚杆间弧度 ； 仰拱缓冲部环向锚杆间弧度 ； 仰拱部环向锚杆间弧度 ； 弧度累加变量 ； 高度累 加变量h； 计算拱部锚杆的分布规律： 令 ； 从拱部顶部位置开始， 逆时针绕着拱部圆心 O1每 隔 弧度放置一根锚杆， 然后 num增加1， 的值增加 ， 直至 的值 不超过 ； 计算任意锚杆在 xy平面的分布位置， 其中水平坐标权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115146420 B 2， 纵坐标 ； 计算直边墙部锚杆的分布规律： 令 h=0； 从直边墙顶部位置开始， 沿着 y轴负方向每隔 c1 放置一根锚杆， 然后 num增加1，h的值增加 c1， 直至h的值不超过 h3； 计算任意锚杆在 xy平面的 分布位置， 其中水平坐标 ， 纵坐标 ；t1为初期支护的厚度； 计算曲边墙部锚杆 的分布规律： 令 ； 从曲边墙左侧顶部开始位置， 逆时针绕着 曲边墙圆心 O2每隔 弧度放置一根锚杆， 然后 num增加1， 的值增加 ， 直至 的值不超过 ； 计算任意锚杆在 xy平面的分布位置， 其中水平坐标 ， 纵坐标 ；xO2为曲墙 部圆心O2的水平坐标； yO2为曲墙部圆心 O2的垂直坐标； 计算仰拱 缓冲部锚杆的分布规律： 令 ； 从曲边墙左侧顶部开始位置， 逆时 针绕着仰拱缓冲 区圆心O3每隔 弧度放置一根锚杆， 然后 num增加1， 的值增加 ， 直至 的值不超过 ； 计算任意锚杆在 xy平面的分布位 置， 其中水平坐标 ， 纵坐标 ；xO3为仰拱缓冲区圆心 O3的水平坐标； yO3为仰拱缓冲 区圆心O3的垂直坐标； 计算仰拱部锚杆的分布规律： 令 ； 从曲边墙左侧顶部开始位置， 逆 时针绕着仰拱部圆心 O4每隔 弧度放置一根锚杆， 然后 num增加1， 的值增加 ， 直至 的值不超过 ； 计算任意锚杆在 xy平面的分布位置， 其中水平坐标 ， 纵坐标 ； D. 根据隧道分段所在空间线及纵向上锚杆的布置方式， 生成最终的隧道锚杆空间分 布模型。 2.根据权利要求1所述的铁路隧道锚杆精细化模型的建立方法， 其特征在于所述的步 骤S1， 具体为将 铁路隧道锚杆分为普通中空注浆锚杆、 组合中空注 浆锚杆、 涨壳式应力中空 注浆锚杆、 套管式预应力中空注浆锚杆和分段式预应力中空注浆锚杆。 3.根据权利要求2所述的铁路隧道锚杆精细化模型的建立方法， 其特征在于对五种锚 杆， 采用如下步骤分别进行建模： 对五中锚杆， 均以锚杆杆体中轴线为 y轴， 垫板底面所在面为 x平面， 两者的交点 O作为权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115146420 B 3