[發明專利]一種偏壓隧道側墻穩定性控制施工方法

有效

• 申請號: 201711365752.8
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108119162B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 于遠祥;柯達
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;G06Q50/02
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種偏壓隧道側墻穩定性控制施工方法，其特征在于：沿隧道縱向延伸方向由后向前分多個節段對偏壓隧道(1)進行開挖及側墻支護施工，多個所述節段的開挖及側墻支護施工方法均相同；所述偏壓隧道(1)為軟巖隧道，所述偏壓隧道(1)的一側埋深為H1且其另一側埋深為H2，其中H1為偏壓隧道(1)的一側隧道側墻上部至地面的豎向高度，H2為偏壓隧道(1)的另一側隧道側墻上部至地面的豎向高度，H1＜H2，H1＜2B，其中B為偏壓隧道(1)的開挖寬度，H1、H2和B的單位均為m；對于任一節段進行開挖及側墻支護施工時，包括以下步驟：

步驟一、圍巖基本力學參數確定：通過對現場所取巖樣進行室內試驗，對當前所施工節段的圍巖基本力學參數進行測試，并對測試結果進行同步記錄；

步驟二、隧道側墻支護方案確定：對當前所施工節段的左右隧道側墻所采用的隧道側墻支護方案分別確定，兩個所述隧道側墻所采用隧道側墻支護方案的確定方法相同；

對任一個所述隧道側墻所采用的隧道側墻支護方案進行確定時，對該隧道側墻是否需采用隧道側墻支護體系以及所采用隧道側墻支護體系的支護結構分別進行確定；所述隧道側墻支護體系為第一隧道側墻支護體系或第二隧道側墻支護體系；

所述第一隧道側墻支護體系包括多個沿隧道延伸方向由后向前布設的第一側墻支護單元，多個所述第一側墻支護單元的結構均相同，每個所述第一側墻支護單元均布設于同一隧道斷面上；

所述第二隧道側墻支護體系包括多個沿隧道延伸方向由后向前布設的第二側墻支護單元，多個所述第二側墻支護單元的結構均相同，每個所述第二側墻支護單元均布設于同一隧道斷面上；

所述第一側墻支護單元和所述第二側墻支護單元的數量相同，每個所述第一側墻支護單元所布設的隧道橫斷面均為一個所述第二側墻支護單元所布設的隧道橫斷面；

每個所述第一側墻支護單元均為對開挖成型的隧道洞側墻上的側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)進行支護的非對稱式支護結構，所述側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的上部與所述隧道洞的側墻上部相平齊，所述側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的橫截面為直角梯形且其包括上部拉裂區和位于所述上部拉裂區正下方的下部滑移區，所述上部拉裂區的橫截面為矩形，所述下部滑移區的橫截面為直角三角形且其上部寬度與所述上部拉裂區的寬度相同；每個所述第一側墻支護單元均包括側墻深層支護結構和位于所述側墻深層支護結構正下方的側墻淺層支護結構；所述側墻深層支護結構包括一根呈水平布設且對所述上部拉裂區進行支護的側墻錨索(4)，所述側墻淺層支護結構包括多根由上至下對所述下部滑移區進行支護的第一側墻錨桿(5)，多根所述第一側墻錨桿(5)呈平行布設且其均由內至外逐漸向下傾斜；

每個所述第二側墻支護單元均為對所述隧道洞側墻上的側墻單斜面坍塌區(3-2)進行支護的支護結構，所述側墻單斜面坍塌區(3-2)的上部與所述隧道洞的側墻上部相平齊，所述側墻單斜面坍塌區(3-2)的橫截面為三角形；每個所述第二側墻支護單元均包括多根由上至下對側墻單斜面坍塌區(3-2)進行支護的第二側墻錨桿(6)，多根所述第二側墻錨桿(6)均呈水平布設；

對任一個所述隧道側墻所采用的隧道側墻支護方案進行確定時，過程如下：

步驟201、隧道側墻失穩判斷：結合步驟一中所確定的圍巖基本力學參數，且根據公式計算得出當前所判斷隧道側墻失穩時的臨界高度h_cr；再將計算得出的臨界高度h_cr與所述隧道洞的側墻設計高度h₃進行比較：當h₃≤h_cr時，判斷得出當前所判斷隧道側墻處于穩定狀態，并判斷得出當前所判斷隧道側墻無需采用隧道側墻支護體系，完成當前所判斷隧道側墻的隧道側墻支護方案確定過程；當h_cr＜h₃≤h_0max時，判斷得出當前所判斷隧道側墻處于拉裂-滑移式剪切破壞狀態，同時判斷得出當前所判斷隧道側墻采用的隧道側墻支護體系為第一隧道側墻支護體系，并進入步驟202；當h₃＞h_0max時，判斷得出當前所判斷隧道側墻處于單斜面剪切破壞狀態，同時判斷得出當前所判斷隧道側墻采用的隧道側墻支護體系為第二隧道側墻支護體系，并進入步驟203；

其中，h_0max為當前所判斷隧道側墻處于拉裂-滑移式剪切破壞狀態下的上限高度且為當前所判斷隧道側墻圍巖巖體的內摩擦角，c為當前所判斷隧道側墻圍巖巖體的粘聚力，γ為當前所判斷隧道側墻圍巖巖體的平均容重；c的單位為Pa，γ的單位為N/m³，h₃、h_0max和h_cr的單位均為m；H為偏壓隧道(1)中當前所判斷隧道側墻一側的埋深且H＝H1或H2；

步驟202、隧道側墻處于拉裂-滑移式剪切破壞狀態下隧道側墻支護方案確定，過程如下：

步驟2021、側墻拉裂滑移坍塌區的滑移面傾角、內側高度、外側高度與坍塌寬度確定：結合步驟一中所確定的圍巖基本力學參數，且根據公式計算得出當前所施工節段的側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的滑移面傾角α；式中，ψ為當前所施工節段的隧道側墻圍巖巖體的剪脹角；所述側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的滑移面傾角α為側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)中所述下部滑移區的滑移面與水平面之間的夾角；

再根據公式和分別計算得出當前所施工節段的側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的內側高度h₀、外側高度z和坍塌寬度b，h₀、z和b的單位均為m，α＜90°；其中，q為當前所施工節段的上覆巖層作用于當前所判斷隧道側墻的隧道側墻圍巖(2)上的均布壓力且q＝γ₀(h₁+h₂)，_γ0為當前所施工節段的上覆巖層的平均容重，_γ0的單位為N/m³；h₁為當前所判斷隧道側墻處于拉裂-滑移式剪切破壞時的冒落拱矢高且h₄為所述隧道洞的設計開挖高度，h₂+h₃＝h₄，h₂為所述隧道洞的拱部設計高度，h₁、h₂和h₄的單位均為m；f為當前所施工節段上覆巖層的堅固性系數；

所述上部拉裂區的高度為z且其寬度為b，所述下部滑移區的高度為h₀-z；

步驟2022、支護結構確定：根據步驟2021中確定的側墻拉裂滑移坍塌區(3-1)的滑移面傾角α、內側高度h₀、外側高度z和坍塌寬度b，對所述第一側墻支護單元中所述側墻深層支護結構和所述側墻淺層支護結構所采用的支護結構分別進行確定；

步驟203、隧道側墻處于單斜面剪切破壞狀態下隧道側墻支護方案確定，過程如下：

步驟2031、側墻單斜面坍塌區的坍塌寬度確定：根據公式計算得出當前所施工節段的側墻單斜面坍塌區(3-2)的坍塌寬度b1；

所述側墻單斜面坍塌區(3-2)上部寬度為b1；

步驟2032、支護結構確定：根據步驟2031中確定的坍塌寬度b1，對所述第二側墻支護單元所采用的支護結構進行確定；

步驟三、隧道開挖及隧道側墻同步支護施工：由后向前對當前所施工節段進行開挖，開挖過程中根據步驟二中所確定的左右隧道側墻所采用的隧道側墻支護方案，由后向前對開挖成型的隧道洞左右側墻分別進行支護；

步驟四、下一節段開挖及隧道側墻同步支護施工：重復步驟一至步驟三，對下一節段進行開挖及隧道側墻同步支護施工；

步驟五、多次重復步驟四，直至完成偏壓隧道(1)的全部開挖及隧道側墻同步支護施工過程。