[發(fā)明專利]大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110032680.1
• 申請日: 2011-01-30
• 公開（公告）號: CN102080550A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏才初;唐穎;朱合華;彭裕聞
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14;E21D11/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 王瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大斷面公路隧道施工，具體說涉及一種大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對于交通運(yùn)輸?shù)囊笕找嫣岣撸鹊亩嚨浪淼酪呀?jīng)不能滿足交通運(yùn)輸?shù)男枰耍嚨郎踔了能嚨赖拇髷嗝嫠淼乐饾u增多，圍巖與支護(hù)之間的相互作用力顯得更加復(fù)雜，對于隧道支護(hù)的要求也越來越高。原先單層初期支護(hù)的施工方法已經(jīng)不能滿足施工對支護(hù)厚度的要求。隧道施工中主要采取噴射混凝土或是鋼拱架加噴射混凝土的單層初期支護(hù)的方式，隨著隧道斷面的增大，圍巖作用到初期支護(hù)上的壓力顯著增加，需要較大的初期支護(hù)厚度，而一次噴射達(dá)不到這樣的厚度。由于圍巖對初期支護(hù)的壓力還無法精確計(jì)算，采用單層初期支護(hù)無法根據(jù)實(shí)際的情況調(diào)整支護(hù)厚度，初期支護(hù)出現(xiàn)裂縫時也很難采取補(bǔ)噴等補(bǔ)救措施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，能充分發(fā)揮圍巖自承能力，提高初期支護(hù)安全性，減少初期支護(hù)陳本的目的。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是按以下步驟進(jìn)行：

(1)計(jì)算隧道拱頂沉降量，確定第一層、第二層初期支護(hù)厚度；

(2)施作第一層初期支護(hù)；

(3)對施作第一層初期支護(hù)的隧道進(jìn)行監(jiān)測，將變形結(jié)果繪制成變形-時間曲線；

(4)在變形-時間曲線中，曲線的斜率即為變形速率，當(dāng)變形速率在逐漸增大，或者第一層初期支護(hù)變形總量超過預(yù)計(jì)值，或者第一層初期支護(hù)產(chǎn)生裂縫，此時確定并施作第二層初期支護(hù)；否則，進(jìn)行下一步驟；

(5)當(dāng)變形速率在逐漸減小，重新確定并減小第二層初期支護(hù)厚度；只有當(dāng)變形速率趨于0時，取消施作第二層初期支護(hù)。

和傳統(tǒng)的單層初期支護(hù)相比，雙層初期支護(hù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用雙層初期支護(hù)系統(tǒng)彌補(bǔ)了單層初期支護(hù)一次施作達(dá)不到設(shè)計(jì)厚度的不足；

2、采用雙層初期支護(hù)系統(tǒng)比等厚度單層初期支護(hù)安全系數(shù)高；

3、采用雙層初期支護(hù)系統(tǒng)可以在第一層初期支護(hù)出現(xiàn)裂縫時，通過及時施作第二層初期支護(hù)補(bǔ)充隧道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，保證圍巖的穩(wěn)定和隧道的安全；

4、采用雙層初期支護(hù)系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判定在圍巖趨于穩(wěn)定的前提下，取消第二層初期支護(hù)，從而降低了工程造價，縮短了工期。

附圖說明

圖1為本發(fā)明涉及的大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)作用原理圖。

圖2為本發(fā)明涉及的大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)作用原理圖，當(dāng)?shù)谝粚映跗谥ёo(hù)出現(xiàn)裂縫時，采用第二層初期支護(hù)對強(qiáng)度和剛度進(jìn)行補(bǔ)充。

圖3為本發(fā)明涉及的大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)作用原理圖，當(dāng)?shù)谝粚映跗谥ёo(hù)能保證圍巖趨于穩(wěn)定，可取消第二層初期支護(hù)。

圖4為本發(fā)明涉及的隧道雙層初期支護(hù)實(shí)施圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及的大斷面巖石隧道雙層初期支護(hù)系統(tǒng)的工作原理如下：

如圖1所示，OA是單層初期支護(hù)的力學(xué)特征曲線，OBC是雙層初期支護(hù)的力學(xué)特征曲線，R是隧道開挖后圍巖的力學(xué)特征曲線。采用單層初期支護(hù)時，圍巖和初期支護(hù)受力達(dá)到平衡工作點(diǎn)時，作用在初期支護(hù)上的力為P1。采用雙層初期支護(hù)先施作一定厚度的噴射混凝土，其力學(xué)特征曲線為OB，其剛度小于OA，待適當(dāng)時機(jī)再噴射混凝土到與單層初期支護(hù)相同的厚度。其剛度與單層初期支護(hù)的相同，即圖中OA//BC。圍巖與初期支護(hù)受力達(dá)到平衡的工作點(diǎn)時，作用在初期支護(hù)上的力為P2，顯然，P2＜P1，即采用與單層初期支護(hù)相同厚度的雙層初期支護(hù)分兩層噴射后，在不增加材料的前提下，作用在其上的力降低，其安全系數(shù)得到提高。

當(dāng)采用雙層初期支護(hù)時，當(dāng)?shù)谝粚映跗谥ёo(hù)出現(xiàn)裂縫或局部塑性破壞，如圖2中BB′，及時施筑第二層初期支護(hù)，可以補(bǔ)充初期支護(hù)的強(qiáng)度與剛度，保證隧道的安全和圍巖的穩(wěn)定，如圖2所示。

如果監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，第一層初期支護(hù)施作后，隧道變形速率逐漸減小，圍巖逐漸趨于穩(wěn)定，可以考慮取消第二層初期支護(hù)。根據(jù)圖3可以看出，在一定情況下，第一層初期支護(hù)作用后，隧道與圍巖也可以達(dá)到安全與穩(wěn)定，這時就可以取消第二層初期支護(hù)，節(jié)約了材料，并縮短了工期，提高施工中的經(jīng)濟(jì)效益。

具體說，結(jié)合圖4，本發(fā)明按如下步驟實(shí)施：

(1)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算隧道拱頂沉降量，確定第一層、第二層初期支護(hù)厚度及雙層厚度的合理組合；

(2)隧道開挖后，在圍巖1內(nèi)施作第一層初期支護(hù)2；

(3)對施作第一層初期支護(hù)1的隧道進(jìn)行監(jiān)測，將變形結(jié)果繪制成變形-時間曲線；