【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程，尤其是涉及隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法及体系。
技术介绍
1、隧道，是公路运输、铁路运输、电力电缆、水利市政等工程中的一种基础建设方式。隧道施工，是在原始地层中取出一部分土体、形成一个大的孔洞。然后，用混凝土、钢铁等材料在孔洞内壁形成支护结构。目前支护结构形式，一般为圆形或马蹄形。当设计为圆形结构，主要是考虑机械化施工方便。当设计为马蹄形时，主要是考虑地层垂直分布效果。但是，经历了漫长历史沉淀和无数构造运动的原始地层，一般具有较高的压缩模量和复杂的构造应力状态。当规则的支护结构出现在当原始地层中，不可避免要受复杂应力的挤压作用。受挤压作用，支护结构一定会发生结构变形。当支护结构变形较小时，支护结构在弹性工作范围，处于良好的服役状态。当支护结构变形较大时，支护结构在塑性工作状态，处于结构损伤的服役状态。当支护结构变形持续增大时，可能会引起坍塌等重大事故。支护结构形式和变形控制方法，对于隧道安全建设和隧道安全运营的意义非常重大。
2、在隧道建设过程中，施工时面对挤压大变形问题时，根据围岩收敛曲线及支护特征曲线，可知围岩收敛变形与支护抗力间存在的动态耦合关系，当采取不同刚度的支护方案时，给出一定的让压量，便可大大减小支护力。而由钢拱架和混凝土等组成的衬砌结构作为初期支护的主要环向支护结构之一，当面对隧道挤压大变形时，隧道围岩变形增加，围岩压力却在逐步减小，但由钢拱架和混凝土等组成的隧道初期支护衬砌刚度很大，阻碍围岩变形，使得围岩压力得不到充分的释放，从而隧道初期支护结构承担的荷载很大
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法及体系，用以支护围岩结构，充分发挥围岩自身承载力，在降低围岩压力的同时使其分布更加均匀，也减少了支护结构因局部集中应力而破坏失效的安全风险，控制挤压大变形不再发展，比较正常刚性支护将更安全、经济、科学、工期短、施工便捷，实现了“边支边让，及时补强”的自适应支护理念。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术的第一个目的是提供一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，用于挤压大变形隧道(洞)的围岩支护，所述变形控制方法包括施工台阶法开挖、自适应支护动态设计及施工安装、智能化监测反馈三个部分；所述施工台阶法开挖的过程如下：按照现场围岩的类型等级和初步设定的施工步距进行循环台阶开挖，根据开挖裸露围岩类型等级和智能化监测数据分析结果，实时调整循环进尺、台阶长度和开挖步距等；所述自适应支护动态设计及施工安装的过程如下：自适应初期支护体系按照初步设计值进行现场支护施工安装，根据智能化监测数据分析实时动态调节支护参数和自适应单元封闭时机；所述智能化监测反馈的过程如下：对隧道围岩与支护结构的变形及力学智能化监测，将实时智能化监测数据反馈到施工开挖和自适应支护设计中，作为挤压大变形隧道增阻变形自适应支护体系的控制手段。
4、进一步地，所述自适应支护动态设计及施工安装的流程包括：
5、步骤一，当隧道进入挤压地层时，从上台阶施工开挖开始进入新的施工循环，开挖排险后立即采用地质雷达对围岩松动圈进行全断面探测；
6、步骤二，根据步骤一的探测结果，实时反馈到自适应初期支护体系设计中，在前一循环支护参数的基础上确定自适应单元的新支护参数，新支护参数包括自适应单元刚度、长度、数量等；
7、步骤三，按照步骤二得到的新支护参数对工字钢的长度、跨度、曲率等进行预制加工，接头拼接处，将钢板分别换成自适应单元的外厚壁空心管和内实心杆；
8、步骤四，立拱架时，在开挖面对各节段钢拱架进行拼接，拼接时自适应单元的接头通过弹簧连接，没有自适应单元的接头按照常规螺栓接头对接；
9、步骤五，钢拱架拼接完成后，自适应单元接头的弹簧两端与钢板进行现场焊接，防止脱离和钢拱架不稳定的情况出现，常规螺栓接头利用电动螺丝刀拧紧；
10、步骤六，安装完成多环钢拱架后，自适应单元沿隧道纵向采用木模板变形槽进行整体封装，形成预留变形槽，在预留变形槽的安装时，同步安装围岩与支护结构力学监测元件；
11、步骤七，进行喷射混凝土施工；
12、步骤八，进行锁脚锚杆施工，同步安装开挖面变形智能化监测设备；
13、步骤九，根据围岩变形和力学监测数据进行变形特性曲线分析、围岩与支护接触压力等力学特性分析。
14、进一步地，所述施工台阶法开挖可以为各种挤压大变形隧道钻爆法开挖工法，如三台阶预留核心土开挖、三台阶七步开挖、两台阶开挖、cd开挖、crd开挖等多种钻爆开挖。
15、进一步优选地，所述施工台阶法开挖为三台阶七步开挖(三台阶七步法)。
16、进一步地，所述自适应初期支护体系的衬砌施工过程具体如下：
17、在隧道开挖后，首先进行钢拱架的安装，预制好每节段工字钢，工字钢一头焊接自适应单元的钢板，钢板一侧是工字钢，另一侧是外厚壁空心管和弹簧；同时第二节段的工字钢一头焊接自适应单元的钢板，钢板一侧是工字钢，另一侧是内实心杆；再到隧道掌子面进行安装，安装时，先行对接两个节段工字钢，对接后焊接弹簧与具有实心杆一侧的钢板，至此，两节段工字钢对接完毕，再以此进行第三节段工字钢的连接，一直到钢拱架安装完毕；
18、多个钢拱架安装完毕后，将自适应单元连接处采用木箱封装，并沿隧道纵向设置多个木箱，形成一个预留变形槽；再进行注浆小导管的布设，打设注浆小导管并注浆，再安装钢筋网，最后喷上喷射混凝土。
19、进一步地，所述隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法工作原理为：
20、根据自适应初期支护体系结构状态和施工步序，可分为“刚-柔-刚”三个力学特性阶段。第一阶段，自适应初期支护体系结构初始安装后刚开始受力，由注浆小导管、喷射混凝土、钢筋网、木箱等形成的刚度进行受力，自适应单元受力，即弹簧未变形；第二阶段，围岩挤压应力使得自适应初期支护体系结构内部受力增大，传递到了自适应单元，导致弹簧压缩，外厚壁空心管和内实心杆相向压缩移动，直到预留的压缩变形空间完毕后自适应初期支护结构衬砌进入下一受力阶段；第三阶段，自适应单元预设变形量压缩完毕后，自适应单元轴向刚度急剧上升为钢材刚度，此时利用喷射混凝土封实沿隧道纵向布置的木箱，自适应初期支护体系刚度再次达到高强刚度，发挥刚性承载的支护力学特性。
21、所述施工台阶法开挖采用隧道三台阶七步法施工开挖，每一个隧道开挖断面可分为上台阶、中台阶、下台阶三个台阶；在施工期每一台阶开挖后立即对围岩松动圈进行实时探测，选取围岩松动圈厚度这一指标进行现场探测，“松动圈厚度”是反映围岩力学状态的综合指标，具有便于现场直接测量且可靠性高的优势。所述对围岩松动圈进行实时探测的具体过程如下：利用探地雷达在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，用于挤压大变形隧道的围岩支护，其特征在于，所述变形控制方法包括施工台阶法开挖、自适应支护动态设计及施工安装、智能化监测反馈三个部分；
2.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述自适应支护动态设计及施工安装的流程包括：
3.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述自适应初期支护体系的衬砌施工过程具体如下：
4.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述施工台阶法开挖采用隧道三台阶七步法施工开挖，每一个隧道开挖断面可分为上台阶、中台阶、下台阶三个台阶；
5.根据权利要求4所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述对围岩松动圈进行实时探测的具体过程如下：
6.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述智能化监测反馈包括如下过程：
7.根据权利要求6所述一种隧道增阻
8.一种如权利要求1-7中任一项所述隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法中的自适应初期支护体系，其特征在于，所述自适应初期支护体系包括含有自适应单元的钢拱架(10)；
9.根据权利要求8所述一种自适应初期支护体系，其特征在于，所述自适应初期支护体系还包括钢筋网、喷射混凝土、木箱(12)和注浆小导管；
10.根据权利要求8所述一种自适应初期支护体系，其特征在于，所述弹簧(4)内径为外厚壁空心管(3)的外径，外厚壁空心管(3)的内径为内实心杆(5)的直径；
...【技术特征摘要】
1.一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，用于挤压大变形隧道的围岩支护，其特征在于，所述变形控制方法包括施工台阶法开挖、自适应支护动态设计及施工安装、智能化监测反馈三个部分；
2.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述自适应支护动态设计及施工安装的流程包括：
3.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述自适应初期支护体系的衬砌施工过程具体如下：
4.根据权利要求1所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述施工台阶法开挖采用隧道三台阶七步法施工开挖，每一个隧道开挖断面可分为上台阶、中台阶、下台阶三个台阶；
5.根据权利要求4所述一种隧道增阻自适应支护体系的动态设计施工反馈方法，其特征在于，所述对围岩松动圈进行实时探测的具体过程如下：
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