缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法，包括：在缝合带隧道施工段进行地应力测试和岩体抗压强度测试，获得垂直隧道走向方位的主应力叠加值σ

【技术实现步骤摘要】
缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法
本专利技术涉及施工领域，尤其涉及一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法。
技术介绍
板块缝合带意指不同大陆或岛弧在板块运动中碰撞衔接的部分。由于缝合带衔接的板块边界地质体地理位置曾相距甚远，受长期地壳运动汇聚过程的俯冲、折返等往复的构造作用影响，通常表现出岩石矿物组分冗杂，岩体结构形式多变，地质体内赋存高压、高应变、高应力等复杂的构造特征。隶属印支陆块区的中南半岛是由多组块地拼接而成的复杂地质构造结构，在地史演化进程中，不同地质历史阶段造成大地构造演化，造成多条板块缝合带错落交织，岩石强度松软，岩体节理裂隙发育，施工隧道易受地层构造应力影响，引发不同方位的挤压变形破坏问题，造成掌子面垮塌，初期支护钢架扭曲变形侵限，喷射混凝土开裂脱落，严重威胁施工作业人员安全，影响施工工期进度。炭质板岩作为变质岩的一种，多以板状或层状结构形式赋存于深部地层，因其层间结构面裂隙发育、矿物组分不同，赋存环境迥异，造成岩体力学性能的差别，施工期间揭示的炭质板岩因受地质构造影响，多表现出薄层结构，抗压强度低，流变效应显著等特征。单线铁路隧道受“瘦高形”断面结构形式影响，拱墙承受侧向挤压荷载产生挠曲，钢架连接部位形成薄弱环节。而隧道施工期间周边构造应力重分布并形成卸荷空间，炭质板岩在构造应力作用产生剪切蠕动、层间弯曲变形或蠕变效应，加剧结构向净空挠曲变形，致使初期支护形成挤压变形。现阶段随着泛亚铁路运输网络建筑计划的逐步实施，中南半岛印支地块的长大铁路隧道安全快速施工成为建设项目的关键任务，其不同于单一大陆地质构造，是由多组地块之间的碰撞结合带和造山组合经长期演化汇聚而成的复合大陆，线路跨越多组缝合带，造成区域原始构造地应力场极其复杂，加之部分国家经济落后，建设资源和地质资料匮乏，国际上相关理论支撑不足，缺乏施工经验，导致隧道施工期间拱腰边墙多处严重变形侵限破坏。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工方法，能够提高系统锚杆支护作用效果，有效控制轻微～中等大变形现象。一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法，所述方法包括：步骤1，在缝合带隧道施工段进行地应力测试和岩体抗压强度测试，获得垂直隧道走向方位的主应力叠加值σmax和岩体抗压强度σs；步骤2，根据所述主应力叠加值σmax和所述岩体抗压强度σs，计算施工段围岩强度应力比σs/σmax；根据所述施工段围岩强度应力比σs/σmax，对施工段进行大变形等级判定；当所述大变形等级达到轻微～中等大变形的标准时，则继续进行以下施工；步骤3，变更隧道开挖轮廓面；步骤4，采用变更隧道开挖轮廓面，进行短台阶开挖施工，分步测试不同阶段松动圈范围；根据所述松动圈的测试结果，确定系统锚杆长度和补强系统锚杆长度，从而进行系统锚杆和补强系统锚杆的施工；步骤5，所述系统锚杆和补强系统锚杆施工完成后，进行隧道仰拱施工。所述的方法，还包括：步骤6，多次重复所述步骤4和所述步骤5，直至完成缝合带软岩单线铁路隧道的轻微～中等大变形段的全部施工。所述步骤1的计算公式具体为：σmax＝σ1·cos(|θ1|)·sin(α1-β)+σ2·cos(|θ2|)·sin(α2-β)；其中，σ1为近水平方向最大主应力，σ2为近水平方向最小主应力；α1为近水平方向最大主应力σ1的方位角；α2为近水平方向最小主应力σ2的方位角；|θ1|为近水平方向最大主应力σ1的倾角；θ2为近水平方向最小主应力σ2的倾角；β为隧道轴线走向方位角；σs＝σcSa；其中，σs为岩体单轴抗压强度；S、a为岩体力学参数，根据岩体地质强度指标计算GSI确定，GSI取值范围0～100表示岩体从极破碎到完整，GSI取值从Hoek-Brown准则的GSI与围岩性状关系表进行选取；当GSI>25时，a＝0.5；当GSI<25时，S＝0，σc为岩石试样单轴抗压强度。所述步骤3具体为：增大起拱线以下的开挖轮廓线曲率，曲率增大量根据试验段隧道不同等级大变形相对变形量而定，其值随相对变形量增大而增大。所述步骤4具体为：采用短台阶施工方法由后向前依次开挖施工，中下台阶开挖时保证左右侧错台施工；上台阶初期支护施做完成后，对开挖段进行围岩松动圈初测，确定上台阶开挖后松动圈范围L初；测试完成后施做系统锚杆，下台阶初期支护施做完成后，对开挖段进行围岩松动圈复测，确定隧道全环开挖后松动圈范围L终，测试完成后施做补强系统锚杆。所述系统锚杆的长度为L初+1米；所述补强系统锚杆的长度为L终+1米。所述步骤5具体为：施工仰拱初期支护；仰拱初期支护施工后进行渣土回填，直至满足仰拱衬砌模具长度后，进行仰拱衬砌和仰拱回填的施工。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术根据测试软岩隧道开挖松动圈实际范围变化情况，制定系统锚杆施做长度，能够合理优化隧道初期支护结构受力形式，提高系统锚杆锚固效果，有效控制隧道侧向挤压变形，实现缝合带软岩单线铁路隧道安全快速施工。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述的缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工方法流程图；图2为本专利技术应用场景所述的缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工方法的流程图；图3为本专利技术所述的隧道施工断面及支护体系的结构示意图；图4为本专利技术所述的松动圈测孔示意图。其中，1为支护钢架A单元；2为支护钢架B单元；3为支护钢架C单元；4为支护钢架D单元；5为支护钢架E单元；6为钢架连接板；7为系统锚杆；8为补强系统锚杆；9为喷射混凝土；10为开挖的上台阶；11为开挖的中台阶；12为开挖的下台阶；13为开挖的仰拱；14为锁脚锚杆；15为松动圈初测测孔；16为松动圈复测测孔。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。如图1所示，为本专利技术所述的一种缝合带软岩单线铁路水平挤压大变形的施工方法，所述方法包括：一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法，所述方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤1，在缝合带隧道施工段进行地应力测试和岩体抗压强度测试，获得垂直隧道走向方位的主应力叠加值σ

【技术特征摘要】
1.一种缝合带软岩单线铁路隧道水平挤压大变形的施工控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，在缝合带隧道施工段进行地应力测试和岩体抗压强度测试，获得垂直隧道走向方位的主应力叠加值σmax和岩体抗压强度σs；
步骤2，根据所述主应力叠加值σmax和所述岩体抗压强度σs，计算施工段围岩强度应力比σs/σmax；根据所述施工段围岩强度应力比σs/σmax，对施工段进行大变形等级判定；当所述大变形等级达到轻微～中等大变形的标准时，则继续进行以下施工；
步骤3，变更隧道开挖轮廓面；
步骤4，采用变更隧道开挖轮廓面，进行短台阶开挖施工，分步测试不同阶段松动圈范围；根据所述松动圈的测试结果，确定系统锚杆长度和补强系统锚杆长度，从而进行系统锚杆和补强系统锚杆的施工；
步骤5，所述系统锚杆和补强系统锚杆施工完成后，进行隧道仰拱施工。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
步骤6，多次重复所述步骤4和所述步骤5，直至完成缝合带软岩单线铁路隧道的轻微～中等大变形段的全部施工。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
采用短台阶施工方法由后向前依次开挖施工，中下台阶开挖时保证左右侧错台施工；
上台阶初期支护施做完成后，对开挖段进行围岩松动圈初测，确定上台阶开挖后松动圈范围L初；测试完成后施做系统锚杆，下台阶初期支护施做完成后，对开挖段进行围岩松动圈复测，确定隧道全环开挖后松动圈范围L终，测试完成后施做补强系统锚杆。

【专利技术属性】
技术研发人员：谭忠盛，朱伯东，杨旸，肖仲红，李松涛，李永山，陈伟，
申请(专利权)人：北京交通大学，中铁八局集团有限公司，中铁八局集团昆明铁路建设有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11