岩溶地区隧道加固方法技术

本申请涉及建筑施工技术领域，提供了岩溶地区隧道加固方法，包括：获取隧道结构及其周边土层和溶洞的定量特征参数；构建岩溶隧道施工模型；获取隧道围岩的应力和变形特征；将隧道围岩的加固区域划分为第一加固区和第二加固区；模拟出第一加固结构和第二加固结构；再次获取隧道围岩的应力和变形特征，修正第一加固区和第二加固区的划分区域，并再次模拟出第一加固结构和第二加固结构，直至隧道围岩在加固后的应力和变形特征满足要求，得到目标加固方案；基于目标加固方案，进行岩溶地区隧道加固施工。本发明专利技术既保证了隧道围岩的加固效果，又避免了对不必要加固范围过度加固，降低了施工成本。工成本。工成本。

【技术实现步骤摘要】
岩溶地区隧道加固方法


[0001]本专利技术属于建筑施工
，具体涉及岩溶地区隧道加固方法。

技术介绍

[0002]随着全国各地的隧道工程建设蓬勃发展，隧道建设遇到的复杂工况越来越多，隧道加固的措施需求越来越多。由于地层水文条件的影响，对于隧道施工具有更多要求，其中岩溶地区尤为突出，在这些地区修建隧道，有可能会造成溶洞坍塌等事故，为此有时采用洞室注浆加固的方式进行地层加固，但是该加固方式既需要大量成本，同时还可能存在漏液等情况，而对于锚杆与注浆支护等加固方式，也有可能存在大面积支护过当，从而浪费支护成本。另外，现有加固方式中仅通过验算安全系数是否满足规范要求来判定加固后隧道结构是否安全。良好的加固效果和较低的施工成本无法兼顾。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术中的问题，本专利技术提出了一种岩溶地区隧道加固方法，相比现有加固方式而言，既保证了加固效果，又降低了施工成本。
[0004]本专利技术提出一种岩溶地区隧道加固方法，包括以下步骤：
[0005]获取隧道结构及其周边土层和溶洞的定量特征参数；
[0006]基于所述定量特征参数，构建模拟有所述隧道结构及其周边土层和溶洞的岩溶隧道施工模型；获取所述岩溶隧道施工模型的隧道围岩承受施工荷载作用时的应力和变形特征；
[0007]基于所述隧道围岩的应力与变形特征，将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区和第二加固区；其中，第一加固区位于模拟的溶洞和隧道结构之间，第二加固区位于模拟的隧道结构的周围；
[0008]所述岩溶隧道施工模型在所述第一加固区模拟出第一加固结构，在所述第二加固区模拟出第二加固结构；再次获取所述岩溶隧道施工模型的隧道围岩承受施工荷载作用时的应力和变形特征，得到隧道围岩加固后的应力和变形特征，基于加固后的应力和变形特征，修正所述第一加固区和第二加固区的划分区域，并再次模拟出第一加固结构和第二加固结构，直至所述隧道围岩在加固后的应力和变形特征满足要求，得到目标加固方案；
[0009]基于所述目标加固方案，进行岩溶地区隧道加固施工。
[0010]进一步地，所述的将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区的步骤包括：
[0011]以模拟的隧道结构的中心为坐标原点，以隧道结构的径向截面为平面建立直角坐标系；其中，模拟的溶洞位于该直角坐标系所在平面；
[0012]将直角坐标系中，位于模拟的溶洞和隧道结构之间的以坐标原点为圆心的第一扇形区域预设为所述第一加固区；预设所述第一扇形区域的圆心角为a，半径为d；
[0013]所述修正所述第一加固区的划分区域的步骤包括：调整所述圆心角a和半径d的值。
[0014]进一步地，所述修正所述第一加固区的划分区域的步骤还包括：调整所述直角坐标系所在平面中所述第一扇形区域与模拟的溶洞的相对位置，使所述第一扇形区域的过圆心的中心线指向所述模拟的溶洞。
[0015]进一步地，所述第一加固区包括设置在所述直角坐标系所在平面上的多个第一扇形区域。
[0016]进一步地，所述的将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区的步骤还包括：
[0017]沿模拟的隧道结构的长度方向建立多个所述直角坐标系；
[0018]将所述多个直角坐标系的所述第一扇形区域合并后形成的第一扇形块区域预设为所述第一加固区。
[0019]进一步地，所述的将所述隧道围岩的加固区域划分为第二加固区的步骤包括：
[0020]将所述直角坐标系中，以所述坐标原点为圆心的第二扇形区域预设为所述第二加固区，所述第二扇形区域与所述第一扇形区域沿所述模拟的隧道结构的周向分散设置，所述第二扇形区域的半径小于所述第一扇形区域的半径。
[0021]进一步地，所述定量特征参数包括所述隧道结构的数量和埋深、所述溶洞的数量、形状、大小和相对于隧道结构的位置以及所述周边土层的土层性质参数。
[0022]进一步地，
[0023]所述岩溶隧道施工模型包括隧道衬砌模型、土层模型和支护模型；
[0024]所述基于所述定量特征参数，构建模拟有所述隧道结构及其周边土层和溶洞的岩溶隧道施工模型的步骤包括：
[0025]基于所述定量特征参数，构建所述土层模型，通过内嵌壳体与挖空壳体内的土体模拟溶洞，基于溶洞施加地应力平衡，利用定量特征参数在隧道围岩承受施工荷载作用时构建所述隧道衬砌模型和支护模型；
[0026]其中，所述隧道结构包括隧道本体以及设置在所述隧道本体周围的隧道衬砌结构；所述土层模型采用摩尔库伦本构模型，用于模拟所述隧道本体及其周边土层和溶洞；所述隧道衬砌模型采用混凝土损伤塑性模型，用于模拟所述隧道衬砌结构；所述支护模型采用理想弹塑性模型，用于模拟所述第一加固结构和第二加固结构。
[0027]进一步地，所述第一加固结构包括注浆层以及多个第一注浆管；多个第一注浆管沿所述隧道衬砌模型模拟的隧道衬砌结构的周向分布；注浆层设置在所述多个第一注浆管远离所述隧道衬砌结构的一端，所述注浆层正对所述土层模型模拟的溶洞的端面为弧面。
[0028]进一步地，所述第二加固结构包括沿所述隧道衬砌模型模拟的隧道衬砌结构的周向分布的多个第二注浆管，所述第二注浆管的长度短于所述第一注浆管的长度
[0029]本专利技术的有益效果包括：本专利技术基于隧道结构与地勘报告等水文地质信息获取隧道结构及其周边土层和溶洞的定量特征参数，通过数值模拟对施工过程(隧道围岩承受施工荷载作用)隧道围岩应力与变形特征进行定量分析，初步确定最不利的隧道围岩范围(即第一加固区)，并在初步确定第一加固区和第二加固区的划分区域后，采用数值模拟对比施加第一加固结构和第二加固结构前后的应力和变形特征，以修正优化第一加固区和第二加固区的划分区域，以此来获得可靠性更高，更适用的目标加固方案，相较于现实常用的隧道围岩加固方法，本专利技术减少了过分依赖经验与定性化分析的弊端，从而提高加固效果，具有适用于复杂岩溶地区支护的优势。另外，通过将隧道围岩的加固区域划分为第一加固区和
第二加固区，将第一加固区设为最不利的隧道围岩范围，采用与第二加固区不同的加固结构，既保证了隧道围岩的加固效果，又避免了对不必要加固范围过度加固，降低了施工成本。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的岩溶地区隧道加固方法的流程图。
[0031]图2为本专利技术的岩溶地区隧道加固方法的以隧道结构的径向截面为平面建立的直角坐标系及其所在平面上模拟的溶洞和隧道结构的位置关系示意图。
[0032]图3为图2中的直角坐标系所在平面上将隧道围岩的加固区域划分为第一加固区和第二加固区，并相应设置有第一加固结构和第二加固结构的示意图。
[0033]图4为图3中直角坐标系所在平面上模拟的隧道结构为双向隧道的示意图。
[0034]图中：10
‑
溶洞；20
‑
隧道结构；30
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第一加固区；40
‑
第二加固区；50
‑
注浆层；60...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩溶地区隧道加固方法，其特征在于，包括以下步骤：获取隧道结构及其周边土层和溶洞的定量特征参数；基于所述定量特征参数，构建模拟有所述隧道结构及其周边土层和溶洞的岩溶隧道施工模型；获取所述岩溶隧道施工模型的隧道围岩承受施工荷载作用时的应力和变形特征；基于所述隧道围岩的应力与变形特征，将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区和第二加固区；其中，第一加固区位于模拟的溶洞和隧道结构之间，第二加固区位于模拟的隧道结构的周围；所述岩溶隧道施工模型在所述第一加固区模拟出第一加固结构，在所述第二加固区模拟出第二加固结构；再次获取所述岩溶隧道施工模型的隧道围岩承受施工荷载作用时的应力和变形特征，得到隧道围岩加固后的应力和变形特征，基于加固后的应力和变形特征，修正所述第一加固区和第二加固区的划分区域，并再次模拟出第一加固结构和第二加固结构，直至所述隧道围岩在加固后的应力和变形特征满足要求，得到目标加固方案；基于所述目标加固方案，进行岩溶地区隧道加固施工。2.根据权利要求1所述的岩溶地区隧道加固方法，其特征在于，所述的将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区的步骤包括：以模拟的隧道结构的中心为坐标原点，以隧道结构的径向截面为平面建立直角坐标系；其中，模拟的溶洞位于该直角坐标系所在平面；将直角坐标系中，位于模拟的溶洞和隧道结构之间的以坐标原点为圆心的第一扇形区域预设为所述第一加固区；预设所述第一扇形区域的圆心角为a，半径为d；所述修正所述第一加固区的划分区域的步骤包括：调整所述圆心角a和半径d的值。3.根据权利要求2所述的岩溶地区隧道加固方法，其特征在于，所述修正所述第一加固区的划分区域的步骤还包括：调整所述直角坐标系所在平面中所述第一扇形区域与模拟的溶洞的相对位置，使所述第一扇形区域的过圆心的中心线指向所述模拟的溶洞。4.根据权利要求2所述的岩溶地区隧道加固方法，其特征在于，所述第一加固区包括设置在所述直角坐标系所在平面上的多个第一扇形区域。5.根据权利要求2所述的岩溶地区隧道加固方法，其特征在于，所述的将所述隧道围岩的加固区域划分为第一加固区的步骤还包括：沿模拟的隧道结...

【专利技术属性】
技术研发人员：文江涛，马少坤，尤伟军，黄震，高波，毛春光，管世玉，邱锦，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：