【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工
,尤其是涉及一种高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方法。
技术介绍
隧道开挖势必引发围岩原始应力的重新分布,整个围岩应力重分布的力学行为可以概化为如下过程:经“平衡”、“松弛”与“松散、坍塌”三个阶段后,达到新的平衡。“松弛”和“松散”在描述应力重分布过程是两个完全不同的概念,在这两个过程中围岩荷载的表现形式也是不同的。“松弛”阶段产生的荷载被称为“形变压力”,此时围岩应力水平的降低与围岩变形共存,从岩体力学角度分析,该阶段的围岩仍可认为处于连续介质或似连续介质的性态;“松散、坍塌”阶段产生的荷载被称为“松散压力”,它是在围岩变形增长到一定程度后,岩块与原岩分离而导致的坍塌或岩块的自重应力对支护产生作用。国内外学者曾对软岩隧道(也称为软弱围岩隧道)施工后产生大变形的类型进行过系统的研究,并从不同的角度对大变形的类型进行分类,下面对大变形隧道按其变形机理的分类进行说明。软岩大变形隧道按其变形机理可分为松散型、膨胀型和挤压型三个类型,诱发这三种类型的隧道大变形的前提条件相差较大,大变形发生后表现出来的变形特征也是各不相同的。其中,松散型大变形出现在硬岩(包括岩块强度Rc>30MPa的破碎岩体、层状岩体和块状岩体等)隧道和低地应力的浅埋隧道中,围岩松弛过程较短,前期变形量较小,在没能及时提供足够的支护反力时,围岩变形发展到一定程度后便会松散或坍塌,由此产生的围岩松散压力直接作 ...
【技术保护点】
一种高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方法,其特征在于:沿隧道纵向延伸方向,由后向前分多个节段对所施工软弱围岩隧道进行开挖及支护施工;多个所述节段的开挖及支护施工方法均相同;对所施工软弱围岩隧道中任一节段进行开挖及支护施工时,包括以下步骤:步骤一、岩体强度与围岩内部最大地应力测试:对当前所施工节段进行开挖施工之前,对当前所施工节段围岩的岩体强度Rb和围岩内部的最大地应力σmax分别进行测试;步骤二、围岩的挤压型大变形等级确定:根据步骤一中测试得出的岩体强度Rb和最大地应力σmax,计算得出当前所施工节段围岩的强度应力比再根据计算得出的强度应力比对当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级进行确定;所述挤压型大变形等级包括四个等级,且四个等级由低至高分别为无大变形、轻微大变形、中等大变形和严重大变形;对当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级进行确定时,当0.5时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为无大变形;当0.3时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为轻微大变形;当时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为中等大变形;当时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为严重大变形; ...
【技术特征摘要】
1.一种高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方法,其特征在于:沿隧
道纵向延伸方向,由后向前分多个节段对所施工软弱围岩隧道进行开挖及
支护施工;多个所述节段的开挖及支护施工方法均相同;对所施工软弱围
岩隧道中任一节段进行开挖及支护施工时,包括以下步骤:
步骤一、岩体强度与围岩内部最大地应力测试:对当前所施工节段进
行开挖施工之前,对当前所施工节段围岩的岩体强度Rb和围岩内部的最大
地应力σmax分别进行测试;
步骤二、围岩的挤压型大变形等级确定:根据步骤一中测试得出的岩
体强度Rb和最大地应力σmax,计算得出当前所施工节段围岩的强度应力比
再根据计算得出的强度应力比对当前所施工节段围岩的挤压
型大变形等级进行确定;所述挤压型大变形等级包括四个等级,且四个等
级由低至高分别为无大变形、轻微大变形、中等大变形和严重大变形;
对当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级进行确定时,当0.5时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为无大变形;当0.3
时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为轻微大
变形;当时,说明当前所施工节段围岩的挤压型大变形
等级为中等大变形;当时,说明当前所施工节段围岩的挤压型
大变形等级为严重大变形;
步骤三、初期支护方案确定:根据步骤二中所确定的当前所施工节段
围岩的挤压型大变形等级,对当前所施工节段的初期支护方案进行确定;
其中,当当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级为无大变形或轻微大变
形时,所采用的初期支护方案为型钢钢架支护方案;当当前所施工节段围
岩的挤压型大变形等级为中等大变形或严重大变形时,所采用的初期支护
方案为格栅钢架与套拱联合支护方案;
步骤四、隧道开挖及支护施工:沿隧道纵向延伸方向,由后向前对当
前所施工节段进行开挖施工;开挖施工过程中,根据步骤三中所确定的当
前所施工节段的初期支护方案,由后向前对开挖形成的隧道洞(1)进行
初期支护,并获得隧道初期支护体系(4);
其中,当步骤三中所确定的初期支护方案为型钢钢架支护方案时,所
获得的隧道初期支护体系(4)为型钢钢架支护体系;所述型钢钢架支护
体系包括多榀对隧道洞(1)进行支护的型钢钢架,多榀所述型钢钢架的
结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设;多榀所述型钢钢
架呈均匀布设;
当步骤三中所确定的初期支护方案为格栅钢架与套拱联合支护方案
时,所获得的隧道初期支护体系(4)为格栅钢架与套拱联合支护体系;
所述格栅钢架与套拱联合支护体系包括多榀对隧道洞(1)进行支护的格
栅钢架和多榀对隧道洞(1)的拱墙进行支护的型钢套拱(3),多榀所述
格栅钢架的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行布设,多榀
所述型钢套拱(3)的结构均相同且其沿隧道纵向延伸方向由后向前进行
布设;多榀所述格栅钢架呈均匀布设,且多榀所述型钢套拱(3)呈均匀
布设,前后相邻两榀所述型钢套拱(3)之间的间距为前后相邻两榀所述
格栅钢架之间间距的M倍,其中M为正整数且M=1、2或3;
步骤五、下一节段开挖及支护施工:按照步骤一至步骤四中所述的方
法,对所施工软弱围岩隧道的下一节段进行开挖及支护施工;
步骤六、多次重复步骤五,直至完成所施工软弱围岩隧道的全部开挖
及支护施工过程。
2.按照权利要求1所述的高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方法,
其特征在于:每个所述节段的长度为50m~1000m。
3.按照权利要求1或2所述的高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方
\t法,其特征在于:步骤一中对当前所施工节段围岩的岩体强度Rb进行测试
时,通过对现场所取岩样进行室内试验,测试得出当前所施工节段的围岩
基本力学参数,并根据测试得出的围岩基本力学参数对岩体强度Rb进行计
算;当前所施工节段围岩的岩体强度Rb为岩体单轴抗压强度;
步骤一中对围岩内部的最大地应力σmax进行测试时,采用水压致裂法
进行测试。
4.按照权利要求1或2所述的高地应力软弱围岩隧道开挖支护施工方
法,其特征在于:步骤四中进行隧道开挖及支护施工之前,还需对当前所
施工节段的隧道预留变形量进行确定;对当前所施工节段的隧道预留变形
量进行确定时,采用基于挤压型大变形等级预留变形量确定方法或基于保
证率的预留变形量确定方法进行确定;步骤四中由后向前对当前所施工节
段进行开挖施工时,根据所确定的隧道预留变形量进行开挖施工;
其中,采用基于挤压型大变形等级预留变形量确定方法进行确定时,
根据步骤二中所确定的当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级,对当前
所施工节段的预留变形量进行确定;所确定的预留变形量包括隧道拱部预
留变形量C1和隧洞边墙预留变形量C2;其中,隧道拱部预留变形量
C1=50mm~530mm,隧洞边墙预留变形量ΔC=1mm~30mm;并
且,当前所施工节段围岩的挤压型大变形等级越高,隧道拱部预留变形量
C1、隧洞边墙预留变形量C2和ΔC的取值均越大;
采用基于保证率的预留变形量确定方法进行确定时,将当前所施工节
段分为试验段和位于所述试验段前侧的后续施工段,且隧道预留变形量确
定过程如下:
步骤I、试验段开挖:沿隧道纵向延伸方向,由后向前对当前所施工
节段的试验段进行开挖;开挖过程中,根据步骤三中所确定的当前所施工
节段的初期支护方案,由后向前对开挖形成的隧道洞(1)进行初期支护,
并获得隧道初期支护体系(4);
步骤II、变形监测:对所述试验段内N个隧道监测断面上的拱顶沉降
值和水平净空收敛值分别进行监测,并获得分别与N个所述隧道监测断面
对应的N组变形监测数据;每组所述变形监测数据均包括监测得到的一个
所述隧道监测断面上隧道初期支护体系(4)的拱顶沉降值和水平净空收
敛值;
其中,N为正整数且N≥10;N个所述隧道监测断面沿所施工软弱围
岩隧道的纵向延伸方向由后向前进行布设,每个所述隧道监测断面均为所
施工软弱围岩隧道的一个隧道横断面;
步骤III、基于保证率的预留变形量范围确定:所确定的预留变形量
范围包括隧道拱部预留变形量范围和隧道边墙预留变形量范围;其中,隧
道拱部预留变形量范围记作C1m~C1M,隧道边墙预留变形量范围记作C2m~
C2M;C1m为拱部预留变形量最小值,C1M为拱部预留变形量最大值,C2m为隧
道边墙预留变形量最小值,C2M为隧道边墙预留变形量最大值,C1m、C1M、C2m和C2M的单位均为mm且其数值均为正整数;
其中,对C1m进行确定时,根据步骤II中N组所述变形监测数据中的N
个所述拱顶沉降值,并结合公式L11≥Lm(1)和L12<Lm(2)进行确定;公
式(1)和(2)中,Lm为预先设定的保证率阈值且Lm=88%~92%;L11为隧道拱
部预留变形量为C1m时的保证率,且N11为N个所述拱顶沉降
值中小于C1m的所有拱顶沉降值的总数量;L12为隧道拱部预留变形量为C1m’
时的保证率,且N12为N个所述拱顶沉降值中小于C1m’的所
有拱顶沉降值的总数量,C1m’=C1m-1mm;
对C1M进行确定时,根据步骤II中N组所述变形监测数据中的N个所述
拱顶沉降值,并结合公式L13≥100%(3)和L14<100%(4)进行确定;公式
(3)中,L13为隧道拱部预留变形量为C1M时的保证率,且N13为N个所述拱顶沉降值中小于C1M的所有拱顶沉降值的总数量;公式(4)中,
L14为隧道拱部预留变形量为C1M’时的保证率,且N14为N个
\t所述拱顶沉降值中小于C1M’的所有拱顶沉降值的总数量,C1M’=C1M-1mm;
对C2m进行确定时,根据步骤II中N组所述变形监测数据中的N个所述
水平净空收敛值,并结合公式L21...
【专利技术属性】
技术研发人员:王平安,任少强,吴应明,冀胜利,崔文镇,郭育红,马军山,
申请(专利权)人:中铁二十局集团有限公司,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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