一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法技术

本发明专利技术公开了一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法，包括以下步骤：一、地应力参数的获取；二、岩体物理力学参数的获取；三、侧压力系数的获取与隧道大变形判断；四、建立隧道开挖断面模型及隧道开挖断面模型的加载力分析；五、隧道开挖断面轮廓的确定；六、隧道台阶法开挖及初期支护施工；七、隧道衬砌结构施工；八、循环掘进直至软岩大变形段施工完成。本发明专利技术方法步骤简单，通过单线铁路隧道开挖断面轮廓的优化，提高隧道初期支护结构的承载性能和抵抗变形能力，实现软岩单线铁路隧道大变形的控制，实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法
本专利技术属于单线铁路隧道施工
，尤其是涉及一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法。
技术介绍
地球的地心引力和自转惯性离心力引起岩体介质内部相互作用，长期地质构造运动影响，邻近块地间形成由板块传递荷载和构造残留应力等多组复杂作用组合而成的构造应力。单线铁路隧道“瘦高式”断面设计形式的拱脚边墙位置曲率较小，常规应力作用下能够保证初期支护结构安全，但当软弱围岩并含较高挤压构造应力作用时支护结构容易发生挠曲变形，拱腰边墙的拱架接头等薄弱环节更易发生断裂破坏现象，造成初期支护变形侵限，承载力不足，安全性降低等问题。隧道圆形断面结构受力更均匀，能够有效改善隧道结构受力形式，但一味采用圆形断面将造成人工、材料等不必要的经济耗损，因此针对构造应力软岩变形问题，适当增大单线铁路隧道断面的拱腰和边墙曲率，既能保证结构承载力要求，又能降低经济成本。因此，现如今缺少一种设计合理的软岩单线铁路隧道大变形控制方法，通过单线铁路隧道开挖断面轮廓的优化，提高隧道初期支护结构的承载性能和抵抗变形能力，实现软岩单线铁路隧道大变形的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、地应力参数的获取：/n在待施工隧道段的隧道探测区域，采用套孔应力解除法对隧道探测区域进行地应力测试,得到第一主应力σ

【技术特征摘要】
1.一种软岩单线铁路隧道大变形控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、地应力参数的获取：
在待施工隧道段的隧道探测区域，采用套孔应力解除法对隧道探测区域进行地应力测试,得到第一主应力σ1、第二主应力σ2、第三主应力σ3；其中，第一主应力σ1大于第二主应力σ2，第一主应力σ1的方向、第二主应力σ2的方向和第三主应力σ3的方向相互垂直，第一主应力σ1在地平面上的投影与正北方向的夹角为第一主应力σ1的方位角α1，第一主应力σ1和第一主应力σ1在地平面上的投影之间的夹角为第一主应力σ1的倾角θ1，第二主应力σ2在地平面上的投影与正北方向的夹角为第二主应力σ2的方位角α2，第二主应力σ2和第二主应力σ2在地平面上的投影之间的夹角为第二主应力σ2的倾角θ2，第三主应力σ3和第三主应力σ3在地平面上的投影之间的夹角为第三主应力σ3的倾角θ3，|θ1|＜|θ3|，且|θ2|＜|θ3|；
步骤二、岩体物理力学参数的获取：
步骤201、通过岩石单轴压缩实验，得到隧道探测区域的岩石单轴抗压强度σc；
步骤202、根据广义Hoek-Brown屈服准则，得到岩体抗压强度σr；
步骤203、在隧道探测区域选择多个岩体试样，得到多个岩体试样的天然容重，然后将多个岩体试样的天然容重进行平均值处理，得到隧道探测区域的岩石的容重γr；
步骤三、侧压力系数的获取与隧道大变形判断:
步骤301、采用计算机根据公式σmax＝σ1·cos(|θ1|)·sin(α1-β)+σ2·cos(|θ2|)·sin(α2-β)，得到水平主应力叠加值σmax；其中，β表示待施工隧道段的隧道轴线的方位角；
步骤302、根据公式得到侧压力系数K；
步骤303、根据公式得到判断系数Pd，当判断系数Pd不大于0.5，则待施工隧道段为大变形施工隧道段；
步骤四、建立隧道开挖断面模型及隧道开挖断面模型的加载力分析：
步骤401、采用计算机利用ANSYS有限元分析软件，建立多个隧道开挖断面模型；
步骤402、采用计算机设定第j个隧道开挖断面模型中拱顶(4)的曲率为ρd,j，设定第j个隧道开挖断面模型中拱腰(3)的曲率为ρc,j，设定第j个隧道开挖断面模型中仰拱(1)的曲率为ρx,j，第j个隧道开挖断面模型的最大跨度为Bt,j，第j个隧道开挖断面模型的最大高度为Hj；其中，j为正整数，且j≥1，第j个隧道开挖断面模型中拱腰(3)的曲率和边墙(2)的曲率相同；
步骤403、当j＝1时设定第1个隧道开挖断面模型中拱顶(4)的曲率为ρd,1，第1个隧道开挖断面模型中拱顶(4)的曲率ρd,1的取值为0.3/m～0.35/m，设定第1个隧道开挖断面模型中拱腰(3)的曲率ρc,1的取值0.13/m～0.15/m，设定第1个隧道开挖断面模型中仰拱(1)的曲率为ρx,1，且第1个隧道开挖断面模型中仰拱(1)的曲率ρx,1的取值为0.15/m～0.16/m；
步骤404、采用计算机根据公式得到第j个隧道开挖断面模型的加载高度hj；其中，Bm,j表示第j个隧道开挖断面模型中上部形成自然平衡拱的跨度；表示岩体内摩擦角；
步骤405、采用计算机根据公式qc,j＝γrhj，得到第j个隧道开挖断面模型的垂直方向加载力qc,j；其中，垂直方向加载力qc,j覆盖第j个隧道开挖断面模型的最大跨度；
步骤406、采用计算机根据公式ej＝K·qc,j，得到第j个隧道开挖断面模型的水平方向加载力ej；其中，水平方向加载力ej覆盖第j个隧道开挖断面模型的最大高度；
步骤407、采用计算机利用ANSYS有限元分析软件，在第j个隧道开挖断面模型上建立初期支护结构模型，得到第j个隧道断面模型；其中，初期支护结构模型为钢拱架和喷射混凝土模型；
步骤五、隧道开挖断面轮廓的确定：
步骤501、采用计算机利用ANSYS有限元分析软件，对第j个隧道断面模型施加垂直方向加载力qc,j和水平方向加载力ej，得到第j个隧道断面模型中喷射混凝土内侧壁的最大应力、第j个隧道断面模型中钢拱架内侧壁的最大应力和第j个隧道断面模型内侧壁沿水平方向的最大变形量xc,max,j；
步骤502、采用计算机将第j个隧道断面模型中喷射混凝土内侧壁的最大应力和第一屈服强度的设定值进行比较，第j个隧道断面模型中钢拱架内侧壁的最大应力和第二屈服强度的设定值进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东锋，刘千里，王建军，杨茂杰，任强，谭忠盛，刘普文，王建魁，杨旸，李松涛，
申请(专利权)人：中国水利水电第三工程局有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61