[發明專利]一種深埋軟巖隧洞的原位測試方法和原位測試結構

有效

• 申請號: 201410325215.0
• 申請日: 2014-07-09
• 公開（公告）號: CN104088666A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 劉寧;張偉;張洋;褚衛江
• 申請（專利權）人: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術領域

本發明涉及深埋軟巖隧洞的測試技術，尤其涉及深埋軟巖隧洞的尺寸效應和各向異性特征的原位測試技術。

背景技術

目前，隧洞工程己經向長大、深埋方向發展。各行各業越來越多的隧洞工程出現了因深埋地應力高、圍巖軟弱、節理裂隙發育等原因，局部洞段產生了持續大變形、塌方等現象。特別是水工、交通隧洞工程一般開挖斷面較大，斷面尺寸效應使得上述現象更加明顯，給隧洞設計與施工造成了很大的困難。高地應力一旦和軟弱圍巖相結合，開挖后洞周圍巖就會受到高地應力作用，巖體被擠壓就可能產生松馳、蠕變，在斷面尺寸效應下，往往斷面越大越容易產生塌方、大變形。加之由于深埋軟巖具有強度低、遇水軟化的突出特征，在高埋深洞段的成洞問題突出，成為深埋軟巖隧洞建設的關鍵問題之一。

國內外目前針對高埋深、大斷面的軟巖隧洞工程的研究仍主要集中在室內試驗，但由于軟巖通常各向異性特征比較明顯，且由于本身強度較低，在取樣、制樣過程中容易受外界環境的影響造成損傷，因此軟巖在現場實際所表現出來的響應特征和室內試驗相比具有很大的區別，有必要開展原位試驗，來掌握深埋軟巖隧洞圍巖的變形規律和破壞機制，但開挖與原隧洞尺寸相同的模擬試驗洞，不僅造價昂貴，也難以滿足工程的時間要求，而如果尺寸較小，則高應力條件下的圍巖破壞現象不能充分暴露出來，無法有力支撐軟巖成洞問題的研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種深埋軟巖隧洞的原位測試方法，該方法能夠兼顧深埋軟巖尺寸效應和各向異性特征。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種深埋軟巖隧洞的原位測試方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1）對前期探洞取樣，進行室內巖石力學試驗和地應力測試，獲得地應力場分布特征；

2）計算并確定模擬試驗洞參數，所述參數包括埋深、軸線方向、洞徑、斷面形狀和洞長；

3）從前期探洞擴挖尺寸效應過渡段達到模擬試驗洞的洞徑尺寸；

4）計算并確定監測斷面位置，所述監測斷面至少選取兩個；

5）布置觀測支洞并利用觀測支洞在監測斷面上預埋監測儀器；

6）開挖模擬試驗洞至設定洞長；

7）利用監測儀器定期進行觀測。

在采用上述技術方案的同時，本發明還可以采用或者組合采用以下進一步的技術方案：

根據隧洞圍巖的強度應力比確定模擬試驗洞的埋深。

模擬試驗洞的軸線方向采用垂直于最大主應力方向。

當軟巖隧洞原始洞徑大于8m時，模擬試驗洞采用8m洞徑，當軟巖隧洞原始洞徑小于8m時，模擬試驗洞的采用與軟巖隧洞相同的洞徑。

模擬試驗洞的斷面形狀與軟巖隧洞的原始斷面形狀相同。

模擬試驗洞的長度為監測斷面之間的距離與3倍洞徑之和。

所述步驟2）中的尺寸效應過渡段的挖掘深度為大于前期探洞洞徑的3倍。

所述步驟3）中的監測斷面布置在模擬試驗洞的掘進方向上，所述監測斷面至少包括1個起始斷面和1個終止斷面，所述起始斷面與尺寸效應過渡段的距離大于模擬試驗洞洞徑的1倍，相鄰兩個監測斷面之間的距離不小于1m。

所述步驟4）中觀測支洞與模擬試驗洞的距離大于觀測支洞洞徑的3倍。

本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種深埋軟巖隧洞的原位測試結構，能夠模擬出軟巖隧洞的應力和尺寸條件，準確測試出軟巖的各向異性和尺寸效應。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種深埋軟巖隧洞的原位測試結構，所述原位測試結構包括模擬試驗洞、前期探洞和觀測支洞，模擬試驗洞的參數可以通過上述原位測試方法計算得到，所述模擬試驗洞的軸線方向垂直于深埋軟巖的最大主應力方向，所述前期探洞與所述模擬試驗洞之間具有尺寸效應過渡段，所述模擬試驗洞的洞壁外設有至少兩個監測儀器，所述兩個監測儀器中靠前的一個與所述尺寸效應過渡段之間的距離大于模擬試驗洞洞徑的1倍，所述兩個監測儀器中靠后的一個與模擬試驗洞洞底之間的距離大于模擬試驗洞洞徑的2倍，所述前期探洞與所述觀測支洞之間設有輔助洞，所述觀測支洞與所述模擬試驗洞平行，所述觀測支洞與所述模擬試驗洞之間的距離大于所述觀測支洞洞徑的3倍，所述觀測支洞與所述模擬試驗洞之間具有與所述監測儀器對應的預埋鉆孔。?