地下工程分阶段开挖补偿控制方法技术

本发明专利技术公开了一种地下工程分阶段开挖补偿控制方法，包含高压注浆设计与高预应力补偿设计两部分，通过现场勘查、数值模拟、理论推导、现场试验、模型试验等多种手段实现高压注浆设计和高应力补偿设计，采用恒阻吸能材料的支护构件配合高预应力施加装置实现应力补偿，采用高压注浆的方式完成注浆加固。通过现场监测数据的反馈进行设计方法的优化。为复杂地质条件下的地下工程围岩控制提供了有效的设计方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
地下工程分阶段开挖补偿控制方法


[0001]本专利技术涉及地下工程围岩控制领域，具体涉及地下工程分阶段开挖补偿控制方法。

技术介绍

[0002]随着地下工程的迅速发展，矿山、隧道等地下工程面临着前所未有的挑战，传统支护形式控制效果有限，对于复杂地质条件无法起到有效地控制作用，主要存在以下问题：（1）硐室开挖后围岩破坏是因为打破围岩原始的三维应力状态，开挖活动导致围岩径向应力突然释放，且没有对开挖后的硐室围岩及时进行高应力补偿。
[0003]（2）岩体中本身存在众多微裂隙等弱面，在开挖活动的影响下，硐室围岩的微裂隙数量会急剧增加，导致围岩结构破碎，且常规注浆浆液无法进入微裂隙中，微裂隙的存在对围岩应力补偿效果影响严重。
[0004]（3）对于支护过程中的参数设计没有明确的设计方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种地下工程双梯度开挖补偿控制设计方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：地下工程分阶段开挖补偿控制方法，步骤如下：步骤一，对工程现场进行勘查，明确工程类型和特点，确定施工参数；步骤二，利用地下工程围岩数字原位钻探系统获得围岩力学参数，结合现场施工方法以及施工参数，建立能反映时间效应的数值计算模型;步骤三，在建立的数值计算模型上，根据工程现场开挖方案对数值计算模型进行开挖，对完成开挖后的围岩施加补偿应力，以位移允许值S
y
为控制指标，得到满足位移允许值S
y
的最小补偿应力值；若为返修加固工程，则先在数值计算模型中对原支护方案进行模拟还原，然后在此基础上施加补偿应力，以位移不再继续增长为标准，得到满足位移不再继续增长的最小补偿应力值；步骤四，对模拟所得的补偿应力值与不同支护构件的室内力学试验参数进行对比，以此确定支护构件的类型与型号，后通过不同支护构件间排距设计和补偿方程验算该设计是否达到模拟所得的补偿应力值；步骤五，以建立的数值计算模型为基础，以围岩塑性区降低率δ
s
为指标，通过模拟不同围岩强度提高值，得到能够满足塑性区降低率δ
s
的围岩强度；步骤六，现场取岩样，以通过数值模拟得到的满足围岩塑性区降低率的围岩强度为目标，开展不同注浆材料及不同浆液配比的加固试验，得到注浆浆液最佳材料及浆液配比；
步骤七，现场开展高压注浆预试验，注浆压力突降代表裂缝扩展，此时确定注浆压力；步骤八，根据相似模拟原则，开展该类工程条件下的模型试验，进一步明确该支护方法的控制效果，及在超载条件下的破坏特征；步骤九，现场施工，监测反馈，优化设计。
[0007]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：1、本专利技术通过现场勘查、数值模拟、理论推导、现场试验、模型试验等多种手段进行高压注浆设计和高应力补偿支护设计，采用恒阻吸能材料的支护构件配合高预应力施加装置实现应力补偿，采用高压注浆的方式完成注浆加固。通过现场监测数据的反馈进行设计方法的优化。为复杂地质条件下的地下工程围岩控制提供了有效的设计方法。
[0008]2、采用高压注浆的方式，实现破碎围岩内部微小裂隙的加固注浆，改善破碎围岩的岩体性质，进一步保证围岩稳定性。
[0009]3、本专利技术能够通过支护构件实现高应力补偿的控制效果，使围岩形成主动承载结构，保证地下工程围岩的稳定性。
附图说明
[0010]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0011]图1为本专利技术实施例1的方法流程图。
具体实施方式
[0012]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0013]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种地下工程双梯度开挖补偿控制设计方法。
[0014]本专利技术的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例提出的地下工程双梯度开挖补偿控制设计方法，包含高压注浆设计与高预应力补偿设计两部分，具体步骤如下：步骤一，对工程现场进行勘查，明确工程类型和特点，确定工程服务年限、允许最大变形量要求等施工参数。
[0015]步骤二，利用地下工程围岩数字原位钻探系统获得围岩力学参数，结合现场施工方法及施工参数，建立能反映时间效应的数值计算模型。
[0016]步骤三，在建立的数值计算模型上，根据工程现场开挖方案对数值计算模型进行开挖，对完成开挖后的围岩施加补偿应力，以位移允许值S
y
为控制指标，得到满足位移允许值S
y
的最小补偿应力值。
[0017]若为返修加固工程（围岩位移量在原支护条件下已超过位移允许值S
y
），则先在数值计算模型中对原支护方案进行模拟还原，然后在此基础上施加补偿应力，以位移不再继续增长为标准，得到补偿应力值。
[0018]步骤四，对模拟所得的补偿应力值与不同支护构件的室内力学试验参数进行对比，以此确定支护构件的类型与型号，后通过不同支护构件间排距设计和补偿方程验算该设计是否达到模拟所得的补偿应力值。
[0019]步骤五，以建立的数值计算模型为基础，以围岩塑性区降低率δ
s
为指标，通过模拟不同围岩强度提高值，得到能够满足塑性区降低率δ
s
的围岩强度。围岩塑性区降低率δ
s
通过围岩塑性区单元数量进行计算，具体公式如下：,S
S
为未注浆时围岩的塑性区单元数量，S
S
’
为注浆模拟完成后的塑性区单元数量。
[0020]步骤六，现场取岩样，以通过数值模拟得到的满足围岩塑性区降低率的围岩强度为目标，开展不同注浆材料及不同浆液配比的加固试验，得到注浆浆液最佳材料及浆液配比。
[0021]步骤七，现场开展高压注浆预试验，注浆压力突降代表裂缝扩展，此时确定注浆压力。
[0022]步骤八，根据相似模拟原则。开展该类工程条件下的模型试验，进一步明确该支护方法的控制效果，及在超载条件下的破坏特征。
[0023]步骤九，现场试验，验证反馈，优化设计。
[0024]进一步的，数值计算模型为采用有限元或离散元软件建立的以现场支护范围尺寸为标准的计算模型体。由于地下工程围岩稳定性受到多种外界因素（如地下水、地热等因素）干扰，导致围岩本身的性质会随着时间变化而发生变化，则在建立计算模型体时，为保证模拟效果与模拟结果的真实性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.地下工程分阶段开挖补偿控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤一，对工程现场进行勘查，明确工程类型和特点，确定施工参数；步骤二，利用地下工程围岩数字原位钻探系统获得围岩力学参数，结合现场施工方法以及施工参数，建立能反映时间效应的数值计算模型;步骤三，在建立的数值计算模型上，根据工程现场开挖方案对数值计算模型进行开挖，对完成开挖后的围岩施加补偿应力，以位移允许值S
y
为控制指标，得到满足位移允许值S
y
的最小补偿应力值；若为返修加固工程，则先在数值计算模型中对原支护方案进行模拟还原，然后在此基础上施加补偿应力，以位移不再继续增长为标准，得到最小补偿应力值；步骤四，对模拟所得的补偿应力值与不同支护构件的室内力学试验参数进行对比，以此确定支护构件的类型与型号，后通过不同支护构件间排距设计和补偿方程验算该设计是否达到模拟所得的补偿应力值；步骤五，以建立的数值计算模型为基础，以围岩塑性区降低率δ
s
为指标，通过模拟不同围岩强度，得到能够满足塑性区降低率δ
s
的围岩强度；步骤六，现场取岩样，以通过数值模拟得到的满足围岩塑性区降低率的围岩强度为目标，开展不同注浆材料及不同浆液配比的加固试验，得到最佳注浆材料及浆液配比；步骤七，现场开展高压注浆预试验，注浆压力突降代表裂缝扩展，此时确定注浆压力；步骤八，根据相似模拟原则，开展该类工程条件下的模型试验，进一步明确该支护方法的控制效果，及在超载条件下的破坏特征；步骤九，现场施工，监测反馈，优化设计。2.如权利要求1所述的地下工程分阶段开挖补偿控制方法，其特征在于，所述的数值计算模型为采用有限元或离散元软件建立的以现场支护范围尺寸为标准的计算模型体，模型体本构关系选择蠕变本构模型。3.如权利要求1所述的地下工程分阶段开挖补偿控制方法，其特征在于，所述的补偿方程为S
l
=C F
p
/（D
r D
s
）计算，式中：S
l
为巷道开挖后临空面单位面积的应力损失值；F
p
为锚杆或锚索预应力；D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，马玉琨，黄玉兵，江贝，
申请(专利权)人：北京力岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：