[發明專利]一種穿斷層隧道的柔性隔離結構及巖體大變形控制方法

在審

• 申請號: 202010983013.0
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112228132A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陶志剛;何滿潮;郭愛鵬;王振雨;鄧飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21D20/00
• 分類號: E21D20/00;E21D20/02;E21D21/00;E21D21/02;E21F17/18
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;劉素霞

本發明提供一種穿斷層隧道的柔性隔離結構及巖體大變形控制方法，柔性隔離結構包括巨型NPR錨索、監測單元和采集單元，巨型NPR錨索包括承載板、錨具和錨索；承載板呈環形且安裝在鉆孔口，錨具抵靠在承載板上，該方法包括步驟S1，對于隧道淺埋段從地表直接打鉆孔或從地表開挖設定空間區域后布設NPR錨索，對于隧道深埋段從隧道內向外進行導洞開挖，步驟S2，對空間區域支護施工，步驟S3，巨型NPR錨索穿斷層后放置，步驟S4，對巨型NPR錨索的錨固段進行錨固。本發明通過施工巨型NPR錨索對強活動性地質區域進行三維縫合，達到區域鎖固的目的，實現對隧道穿越強活動性地質區域的監測?預警?支護一體化控制。

技術領域

本發明屬于強活動性工程巖體大變形控制技術領域，具體涉及一種穿斷層隧道的柔性隔離結構及巖體大變形控制方法。

背景技術

強活動性地質區域隧道工程建設發生的巖體大變形災害事例屢見不鮮，它一直是困擾山嶺公路、鐵路隧道以及地下空間工程的一項國際難題。國際上如歐洲圣哥達基線隧道、美國Claremont輸水隧洞、土耳其Bolu鐵路隧道等，國內如蘭新鐵路烏鞘嶺隧道、成蘭鐵路柿子園隧道和川藏鐵路沿線隧道等一系列重大隧道工程都出現了不同程度和不同形式的隧道圍巖大變形，穿越活動斷層區域的隧道圍巖變形更加嚴重，這些都給隧道施工造成了極大困難，并帶來嚴重的安全隱患。

在隧道圍巖大變形災害控制研究方面，國內外學者進行了大量的理論、模型實驗及現場試驗研究，大變形災害控制技術得到了很好地發展，但在強活動性地質區域隧道圍巖大變形災害控制領域，特別是控制圍巖米級及數米級大變形方面的研究尚屬空白。穿斷層及穿活動性斷層區域隧道圍巖大變形的控制技術難題，突破了隧道工程領域以往所遵循的理論水平，且勘察設計尚無可供借鑒的案例。

因此，需要提供一種應對穿越強活動性地質區域，尤其是穿越活動性斷層區域的隧道圍巖大變形災害控制方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穿斷層隧道的柔性隔離結構及巖體大變形控制方法，實現對隧道穿強活動性地質區域的監測-預警-支護一體化控制。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明提供一種穿斷層隧道的柔性隔離結構，所述柔性隔離結構包括：巨型NPR錨索，所述巨型NPR錨索穿過斷層，所述巨型NPR錨索的兩端分別位于斷層的兩側，所述巨型NPR錨索結構包括：承載板、錨具和錨索；所述錨具呈柱狀實體結構，沿所述錨具橫截面的垂直方向均勻設置多個通孔，每個所述通孔內均穿過一根所述錨索，所述錨具安裝在所述錨索的一端，所述錨具用于鎖定所述錨索，所述承載板呈環形且安裝在鉆孔口，所述錨具抵靠在所述承載板上；監測單元，所述監測單元設置在所述錨具和所述承載板之間，用于監測所述巨型NPR錨索的軸向力及斷層的相對位移量；采集單元，所述采集單元與所述監測單元之間電連接，用于采集所述監測單元所監測到的數據信息并將所述數據信息發送至移動終端。

依據上述的穿斷層隧道的柔性隔離結構，作為優選方案，所述監測單元包括光纖和力學傳感器；所述力學傳感器套設在所述錨索周向上，并設置在所述承載板和所述錨具之間，所述光纖與所述錨索綁扎，所述光纖的一端隨所述錨索穿過斷層，另一端與所述采集單元連接；所述力學傳感器用于監測所述錨索的軸向力，所述光纖用于監測斷層的相對位移量；所述錨具的橫截面為圓形，所述承載板的橫截面大于所述錨具的橫截面，且大于所述力學傳感器的橫截面。

依據上述的穿斷層隧道的柔性隔離結構，作為優選方案，所述采集單元包括：數據采集模塊，所述數據采集模塊與力學傳感器電連接，用于將所述力學傳感器所監測到的軸向力轉換成電信號；數據存儲模塊，所述數據存儲模塊用于處理并存儲所述數據采集模塊得到的數據信息；數據發射模塊，所述數據發射模塊與所述數據存儲模塊電連接，用于將存儲的數據信息發送至移動終端。

依據上述的穿斷層隧道的柔性隔離結構，作為優選方案，所述采集單元還包括：光纖調解器；所述光纖調解器與所述數據采集單元之間電連接，所述光纖調解器連接所述光纖，用于將光信號轉換成電信號。