[發(fā)明專利]高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理及施工控制研究方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110264395.6
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN113094778A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁祥;馬殷軍;朱正國;張亮;郭慶昊;荊鴻飛;于海濤;焦天磊;包小森;韓智銘;韓偉歌;方智淳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司蘭州工程建設(shè)指揮部;中鐵第五勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司;石家莊鐵道大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 廣東有知貓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44681
• 代理人: 胡強(qiáng)

本發(fā)明公開了高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理及施工控制研究方法，其方法步驟如下：步驟一：數(shù)值模型建立；步驟二：尖山隧道圍巖穩(wěn)定性分析；步驟三：尖山隧道初期支護(hù)穩(wěn)定性分析；步驟四：高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理分析；步驟五：尖山隧道監(jiān)控量測方案實(shí)施；步驟六：現(xiàn)場監(jiān)控量測結(jié)果分析，圍巖的變形總體呈現(xiàn)水平收斂大于拱頂沉降的規(guī)律，且水平收斂值及速率要大于拱頂沉降量及沉降速率，拱頂?shù)某两盗恳人绞諗恐狄融呌诜€(wěn)定，與數(shù)值模擬的圍巖變形規(guī)律相一致；總體的規(guī)律相一致，因此具有一定的合理性，同時也驗(yàn)證了這種斷面優(yōu)化、超前加固和變截面噴層的支護(hù)模式對高地應(yīng)力互層軟巖隧道的支護(hù)具有很好的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道破壞及施工技術(shù)領(lǐng)域，具體是高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理及施工控制研究方法。

背景技術(shù)

尖山隧道位于甘肅省白銀市平川區(qū)大營水至水泉鎮(zhèn)附近，穿越水泉尖山山脈。隧道起訖里程為DK109+810～DK115+812，全長6002m，最大埋深約519m(DK112+780)。隧區(qū)地層巖性較復(fù)雜，主要以沉積巖和變質(zhì)巖為主。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有第四系松散堆積層，侏羅系中統(tǒng)紅溝組砂巖夾泥巖；泥盆系中下統(tǒng)雪山群砂巖夾礫巖；志留系下統(tǒng)馬溝營組變質(zhì)砂巖夾千枚巖、變質(zhì)砂巖夾片巖和片巖、板巖互層。隧道縱斷面如圖1所示。

不良地質(zhì)作用

尖山隧道主要有高地應(yīng)力、巖爆和軟巖變形等不良地質(zhì)。北西～南東向應(yīng)力場為該區(qū)的主控應(yīng)力場，控制區(qū)內(nèi)地層的分布、構(gòu)造的空間展布。測區(qū)內(nèi)的地應(yīng)力狀態(tài)，相互之間關(guān)系表現(xiàn)為SHShSv。最大水平主應(yīng)力值大于最小水平主應(yīng)力和垂直應(yīng)力，水平應(yīng)力占主導(dǎo)地位。測量結(jié)果表明工程區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)以NE～SW方向擠壓為主。隧道設(shè)計洞軸線方位約為N26E，最大水平主應(yīng)力方向與隧道洞軸方向夾角為0°～26°，夾角較小，地應(yīng)力方向?qū)λ淼婪€(wěn)定性的影響不大。實(shí)測最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹25～52E，根據(jù)工程類比及計算得最大埋深處的應(yīng)力值為SH：25.32MPa、Sh：15.07MPa、Sv：13MPa。

施工中可能出現(xiàn)的問題

巖體中的存在大量結(jié)構(gòu)面，特別是層理的存在將導(dǎo)致圍巖體發(fā)生變形和破壞，對整個隧道施工過程造成影響，對隧道開挖而言，層理效應(yīng)使得巖層層間結(jié)合力差，不利于隧道圍巖的穩(wěn)定；對于錨桿支護(hù)而言，當(dāng)層理存在時，采用錨桿支護(hù)技術(shù)難度大、安全可靠性低。且隧道開挖區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，第四系以來多有活動，應(yīng)力有所釋放。從地應(yīng)力測試結(jié)果及計算結(jié)果看，隧道洞軸線附近地應(yīng)力值最高為21.08MPa，以水平地應(yīng)力為主，在軟巖地段以及斷層破碎帶等部位，可能存在軟巖大變形破壞的可能。在類似地層條件下烏鞘嶺隧道、兩水隧道施工過程中均發(fā)生了大變形和支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)的破壞。

當(dāng)前隧道建設(shè)過程中，信息化施工作為新奧法施工理念的一部分，已經(jīng)被大范圍推廣應(yīng)用。其中監(jiān)控量測作為信息化施工其中必不可少的核心環(huán)節(jié)，在隧道施工過程中越來越受重視。通過對施工全過程的同步監(jiān)控量測，數(shù)據(jù)的及時反饋分析，可以更準(zhǔn)確地了解隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形情況，可以對下一步施工進(jìn)行合理預(yù)測和指導(dǎo)，確保圍巖和結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。通過監(jiān)測和測量信息反饋，還可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計參數(shù)和施工工藝，確保工程的安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。

在對支護(hù)結(jié)構(gòu)合理形式的研究中，從理論上提出了幾種對于高地應(yīng)力互層軟巖隧道變形有較好效果的支護(hù)方式，但實(shí)際工程面臨的環(huán)境往往更復(fù)雜，影響因素也更多，因此有必要對這些支護(hù)方式支護(hù)的實(shí)際效果進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，加以驗(yàn)證和改進(jìn)。這里對采用斷面優(yōu)化+超前加固+變截面噴層的工況進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和改進(jìn)。

因此亟需設(shè)計高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理及施工控制研究方法，方便對高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理進(jìn)行了解并進(jìn)行施工控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供高地應(yīng)力互層軟巖隧道破壞機(jī)理及施工控制研究方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：