[發明專利]適用于深埋大直徑軟巖水工隧洞預留變形量的確定方法

無效

• 申請號: 201410253337.3
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104005773A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 劉寧;張偉;張洋;鄔遠祥;鮑世虎
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E21D9/14
• 分類號: E21D9/14
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本發明涉及一種適用于深埋大直徑軟巖水工隧洞預留變形量的確定方法，主要適用于水利水電工程中，特別是深埋大直徑(一般要求直徑超過6m)軟巖水工隧洞的開挖。

背景技術

預留變形量，即為防止圍巖過度變形而預先設計(一般大于原始開挖輪廓)的預留變形空間。對于深埋軟巖隧洞而言，擠壓大變形問題將非常突出，為了保持圍巖具有足夠的穩定性，通常將隧洞圍巖的變形量控制在一定的范圍內。軟巖開挖控制變形量將占據開挖斷面的部分洞徑，且通常不可忽視，在隧洞斷面凈空根據工程實際需要確定后，隧洞的開挖控制變形就與預留變形量相互關聯，具體見圖1所示。

與硬巖小變形、無襯砌隧洞不同，對于水工隧洞來說，為了防止軟巖遇水軟化，通常設置有鋼筋混凝土襯砌，并占有一定的斷面空間，初始預留變形量的合理確定很難，加之深埋軟巖往往存在大變形問題，使得隧洞開挖的實際洞徑與隧洞凈空差距較大。若隧洞開挖初始洞徑選取過大，有時盡管可以通過增加襯砌結構的厚度來填補超挖空間，但對于距離長、斷面大的隧洞工程往往非常不經濟。若選用的初始開挖洞徑過小，基本的支護結構將侵占隧洞設計凈空，導致已挖隧洞不得不進行擴挖處理，后續施工將非常繁瑣，故確定此類隧洞的開挖預留變形量十分關鍵。目前，對于這類工程，大多采用工程類比法，但是由于缺乏工程經驗和工程類比，以及各工程實際情況的不同，導致該方法得到的結果誤差較大，進而影響工程的順利進行。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明綜合考慮深埋軟巖的力學性質、地應力場條件以及支護強度，提供一種可以直接確定不同條件下深埋大直徑軟巖水工隧洞預留變形量的方法，能夠根據圍巖類別、洞徑尺寸和地應力量級、支護強度來直接推算需要預留的變形量，為隧洞斷面尺寸的設計提供一種便捷手段，入門門檻較低，能夠大幅度提高工作效率。

本發明所采用的技術方案是：適用于深埋大直徑軟巖水工隧洞預留變形量的確定方法，其特征在于步驟如下：

S1、確定初始地應力；

S2、確定圍巖類別，并根據該類別獲得對應的物理力學指標，包括泊松比、彈性模量、粘聚力和內摩擦角；

S3、根據現場實際情況，利用公式計算出不同圍巖類別、不同支護強度、不同洞徑尺寸、不同地應力條件下隧洞洞周的位移，即得隧洞預留變形量，

式中，為隧洞洞周位移，μ為泊松比，E為彈性模量，P₀為初始地應力，r₀為隧洞半徑，R₀為塑性區半徑，P_R為塑性區邊界的徑向應力；

塑性區半徑式中c為粘聚力，為內摩擦角，P₁為支護抗力，無支護狀態對應的支護抗力為0MPa，噴錨支護對應的支護抗力為1MPa，噴錨支護加鋼筋混凝土襯砌對應的支護抗力為2MPa；

塑性區邊界上的徑向應力

它還包括以下步驟：

S4、將按照上述方法計算出隧洞洞周的位移，與對應的圍巖類別、支護強度、洞徑尺寸和地應力條件制成表格，然后根據現場實際條件查表即可獲得該條件下隧洞洞周的位移，即隧洞預留變形量。

本發明的有益效果是：本發明根據圍巖級別、洞徑尺寸、地應力條件和支護強度，對預留變形量進行直接的計算，更加便捷，彌補了現有規范的不足，并且通過與工程實際監測數據對比，采用本方法確定的預留變形量非常合理，具有很高的準確性。另外，本發明克服了原有工程類比法的不足，更加貼近工程實際情況，并且本發明使用門檻較低，方便現場設計人員使用，極大地提高了工作效率。

附圖說明

圖1是本發明軟巖隧洞開挖支護斷面形態示意圖。

圖中的標號說明：1-開挖界面，2-預留變形量，3-初次支護，4-二次襯砌，5-隧洞設計斷面，6-隧洞。

具體實施方式

由于在深埋大直徑軟巖隧洞中，圍巖的二次應力狀態可能超過圍巖的抗壓強度或是局部的剪應力超過巖體的抗剪強度，從而使該部分的巖體進入破壞狀態，因此可選用彈塑性分析方法獲取隧洞洞周位移變化。

本實施例適用于深埋大直徑(一般要求直徑超過6m)軟巖水工隧洞預留變形量的確定方法，包括以下步驟：