【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地下工程，具体涉及一种富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法。
技术介绍
1、竖井作为长大隧道建设中的主要附属结构，具有提高隧道施工、运营期通风效率的关键作用。随着凿井深度的不断增加，施工中难以避及地下水害的影响，尤其是建造于富水地层中的深大竖井，地下水压较小时影响正常施工，严重时则会导致突涌水引发淹井事故，造成人员伤亡及工期延误，不利于施工安全及成本管控。不同于隧道工程遵循“堵排结合”的原则，深井开挖后围岩及掌子面一旦出现突涌水，传统的抽排水方法耗时、费力、不经济，并严重影响施工进度。
2、目前从支护的角度进行止水和堵水是深大竖井涌水灾害可行的处置措施。现阶段主要采用两种理念，第一种为主动支护设计理念，如单一的锚固、注浆设计方法；第二种为增强一次衬砌刚度的被动支护设计理念。应用于实践中存在两点问题：其一，采用单一的锚固、注浆止水的主动设计方法时，不足以有效阻隔围岩中的承压水进入一次衬砌模板内部，影响后期一次衬砌浇筑质量；其二，采用配筋、高强混凝土等增强一次衬砌刚度的被动支护设计方法时，支护结构发挥作用前提是围岩发生一定的位移，以及水压直接可作用于结构，实际中上述条件很难达到，围岩不仅同被动支护结构难以贴合，而且结构背面却为水流下渗形成优势通道，严重影响深井涌水的处置效果。
技术实现思路
1、鉴于上述
技术介绍
中存在的两点问题，本专利技术提供一种富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，研制一种富水围岩深大竖井柔性支护结构混凝土支护结构。首先，于开挖围岩表
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，所述的支护结构为注浆锚杆锚固的柔性支护结构，支护结构设计方法包括以下步骤：
4、【s1】柔性支护结构混凝土厚度计算
5、依据弹性失效准则，采用厚壁圆筒拉梅公式，推导得到竖井开挖半径、外水压力、柔性支护结构混凝土设计强度三个因素同柔性支护结构混凝土厚度之间的关系表达式；
6、【s2】柔性支护结构锚固区参数计算
7、基于支护段富水围岩渗流力学参数及竖井围岩外水压力值，推导得到锚固区参数，以此确定注浆锚杆长度及直径；
8、【s3】锚网参数计算
9、根据锚固后围岩弹性模量、内摩擦角、等效粘聚力、单轴抗压强度参数，确定注浆锚杆布设间距、排距以及锚固构造措施；
10、【s4】支护结构承载力验算
11、将竖井围岩、注浆锚杆、柔性支护结构等效为组合拱，推导组合拱承载力计算公式，建立支护结构整体稳定性判据，验算支护结构整体承载力。
12、上述富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法中，所述步骤【s1】包含以下步骤：
13、【s11】获取外水压力值和混凝土设计强度
14、现场实测获取作用于支护结构背后的外水压力值p0，采用室内试验方法获得柔性支护结构混凝土设计强度fmc；
15、【s12】柔性支护结构混凝土厚度计算
16、依据弹性力学厚壁圆筒理论的拉梅解，结合材料破坏第三强度理论，推导柔性支护结构混凝土厚度计算公式：
17、
18、式中，tz为柔性支护结构混凝土厚度，单位m；r1为竖井开挖半径，单位m；fmc为柔性支护结构混凝土设计强度，单位mpa。
19、【s13】柔性模板每模宽度
20、考虑井筒及竖井吊桶的尺寸，在便于生产、吊运、安装便利性的前提下，选定柔性模板每模的宽度。
21、上述富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法中，所述步骤【s2】包含以下步骤：
22、【s21】获取富水围岩支护段渗流物理力学参数
23、开展支护段富水围岩渗流物理力学参数测试，获取水头高度h、竖井围岩渗透系数k0、柔性支护结构混凝土渗透系数k1，并计算外水压力折减系数
24、
25、式中，p0为实测外水压力值，单位mpa；β为外水压力折减系数；h为水头高度，单位m；γw为地下水容重，单位kn/m3；
26、【s22】锚固区范围
27、推导得到注浆圈半径计算公式：
28、
29、根据注浆圈半径，求解锚固区半径
30、rj＝r2-r0-tz
31、式中，rj为注浆范围，单位m；k1为柔性支护结构混凝土渗透系数；k2为围岩渗透系数；k3为注浆锚杆注浆圈渗透系数；r1为竖井开挖半径；r0为柔性模板内侧半径；r2为注浆圈半径，单位m；
32、【s23】确定注浆锚杆长度和直径
33、根据锚固区范围r2，结合柔性支护结构混凝土厚度tz，确定注浆锚杆的长度l，计算注浆锚杆的极限锚固力tu，并确定注浆锚杆的直径d。
34、上述富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法中，所述步骤【s3】包含以下步骤：
35、【s31】根据复合锚固体物理力学参数计算公式，计算得到注浆锚杆的间排距sr、sl；
36、
37、
38、
39、
40、上式中，eg为复合锚固体弹性模量，单位mpa；为复合锚固体内摩擦角，单位°；cg为复合锚固体粘聚力，单位mpa；σcg为复合锚固体单轴抗压强度，单位mpa；为竖井围岩内摩擦角，单位°；sr为注浆锚杆环向间距，单位m；sl为注浆锚杆纵向间距，单位m；α为注浆锚杆密度；
41、【s32】确定锚固构造措施
42、所述的锚固构造包括第一层钢筋网片、第二层钢筋网片、竖向支撑管、膨胀螺栓、托板。
43、上述富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法中，所述步骤【s4】包含以下步骤：
44、【s41】支护结构整体承载力计算
45、将注浆锚杆、竖井围岩、柔性支护结构视为共同承载的厚壁圆筒，推导支护结构的整体承载力pk的计算公式：
46、
47、上式中，pk为承载力，单位mpa；fc为围岩的单轴抗压强度，单位mpa；
48、【s42】支护结构整体稳定性判别
49、建立支护结构整体稳定性判别条件，验算支护结构的整体稳定性。
50、上述富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，所述的支护结构为注浆锚杆锚固的柔性支护结构，其特征在于，支护结构设计方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【S1】包含以下步骤：
3.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【S2】包含以下步骤：
4.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【S3】包含以下步骤：
5.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【S4】包含以下步骤：
6.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：所述的支护结构包括防水板(2)、第一层钢筋网片(6)、柔性模板(4)和第二层钢筋网片(14)，所述防水板(2)紧贴竖井围岩(1)设置，其外表面挂设所述的第一层钢筋网片(6)；
7.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：柔性模板(4
8.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：第一层钢筋网片(6)和第二层钢筋网片(14)均为正方形网格状。
9.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：注浆锚杆(8)杆体中开设有圆形注浆孔(16)。
10.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：竖向支撑管(7)通过钢管扣件(10)进行竖向接长。
...【技术特征摘要】
1.一种富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，所述的支护结构为注浆锚杆锚固的柔性支护结构，其特征在于，支护结构设计方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【s1】包含以下步骤：
3.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【s2】包含以下步骤：
4.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【s3】包含以下步骤：
5.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于，所述步骤【s4】包含以下步骤：
6.根据权利要求1所述的富水围岩深大竖井主-被动支护结构设计方法，其特征在于：所述的支护结构包括防水板(2)、第一层钢筋网片(6)、柔...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗彦斌，方腾飞，陈建勋，刘伟伟，牛嘉伟，尚清晨，高尚琨，贾海洋，陈丽俊，王传武，赵鹏宇，罗华，赵志强，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
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