[發明專利]一種高地應力環境層狀圍巖隧道定向支護加固方法

有效

• 申請號: 201711481581.5
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN109083655B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 沙鵬;伍法權;杜時貴;伍劼;練浩
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D20/00;E21D11/10;E21D11/15
• 代理公司: 北京勁創知識產權代理事務所(普通合伙) 11589
• 代理人: 張鐵蘭

本發明公開了一種高地應力環境層狀圍巖隧道定向支護加固方法，獲取必要的巖石力學參數，建立數值計算模型并將實驗參數帶入進行計算；建立圍巖層面產狀與隧道軸向在實際交角下的離散單元數值模型，計算開挖后的圍巖變形特征；根據隧道斷面位移場數值確定開挖后斷面的徑向位移等值線；根據等值線的分布特征，確定實際工程中的定向支護關鍵部位；確定關鍵部位定向支護的范圍、深度、支護范圍；根據模擬結果的破壞特征有針對性地選擇錨固手段。本發明可以有效地阻止層片狀圍巖由于層間開裂和剪切滑移產生的非均勻擠壓變形，減少施工過程中的設計變更，加快施工進度，有效節約工程投資，適用于各類型層狀隧道圍巖的設計和施工。

技術領域

本發明涉及工程地質與巖土工程領域，具體涉及一種高地應力環境層狀圍巖隧道定向支護加固方法。

背景技術

隧道工程中常見層狀結構圍巖，開挖過程中圍巖的變形破壞多受到巖體結構面的強度，產狀與斷面開挖方向間的空間位置關系控制表現出形變的各向異性，即斷面周圍會產生局部過大的變形，

現有設計規范對交通隧道圍巖的初期支護設計主要采用新奧法施工的錨噴支護技術，即系統錨桿應沿隧道周邊徑向均勻布置，根據圍巖性質及狀態等確定錨桿的類型、錨固方式、長度。對于初期變形大的圍巖則考慮采用均勻布設鋼筋網噴射混凝土以及鋼拱架作初期支護，混凝土的噴射厚度在拱頂和邊墻一般相等。根據圍巖等級確定鋼拱架的施工間距以及混凝土噴漿的厚度。

高地應力條件下，層狀巖體強度的各向異性導致開挖過程中圍巖大變形的顯著不均勻。被動、各向同性的加固手段不僅不能有效地阻止層片狀圍巖發生層間開裂和非均勻擠壓變形，引發工程事故，在加固范圍和加固力上由于參數取值過大造成不必要的消耗。從而導致隧道施工過程中出現大量設計變更，工程投資產生不必要的浪費，嚴重影響施工進度。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種高地應力環境層狀圍巖隧道定向支護加固方法，可以有效控制高地應力環境下隧道層狀圍巖頻繁出現的不對稱大變形，提高隧道的安全施工，加快施工進度，有效降低設計變更費用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種高地應力環境層狀圍巖隧道定向支護加固方法，包括如下步驟：

步驟一、對待加固隧道開展現場地質編錄，獲取結構面原位強度特征，采集圍巖樣品制作多組圓柱形標準試件，每組中不少于3個樣品，利用三軸試驗分別獲取每組樣品的巖體力學參數，將多組樣品的物理力學參數平均值作為圍巖力學參數值；所述巖體力學參數包括彈性模量、泊松比、抗壓強度、粘聚力和內摩擦角。

建立隧道數值計算模型，建模過程中，巖層層面的厚度須與實際巖層的厚度一致；將所采集到的圍巖力學參數輸入模型中進行計算，得到隧道變形大小量值和變形方向數據；

步驟二、建立圍巖層面產狀與隧道軸向在實際交角下的離散單元數值模型，計算層狀圍巖與隧道軸向在實際夾角下掌子面的位移場，并且提取每個質點的位移值；

步驟三、根據隧道斷面位移場數值計算確定開挖后斷面的徑向位移等值線；并根據等值線的分布特征，分析隧道圍巖不均勻變形的集中位置，即由分布特征提取位移等值線最為突出的斷面位置，從而確定實際工程中隧道圍巖形變最不均勻區域即定向支護關鍵部位；

步驟四、根據定向支護流程，在確定定向支護關鍵部位基礎上，根據隧道斷面上每個質點的位移特征，以使斷面收斂變形在空間上均勻分布為目的確定關鍵部位定向支護的范圍和深度；

根據變形位移等值線突出區域的周向分布大小確定定向支護范圍；

根據等值線突出區域的徑向分布大小確定定向支護深度，以滿足全斷面圍巖均勻變形；

步驟五、針對顯著非均勻變形的關鍵部位進行定向錨固，根據模擬結果的破壞特征有針對性地選擇錨固手段：