[发明专利]大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及大断面公路隧道施工，具体说涉及一种大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法。

背景技术

随着我国经济建设的发展，对于交通运输的要求日益提高，原先的二车道隧道已经不能满足交通运输的需要了，三车道甚至四车道的大断面隧道逐渐增多，围岩与支护之间的相互作用力显得更加复杂，对于隧道支护的要求也越来越高。原先单层初期支护的施工方法已经不能满足施工对支护厚度的要求。隧道施工中主要采取喷射混凝土或是钢拱架加喷射混凝土的单层初期支护的方式，随着隧道断面的增大，围岩作用到初期支护上的压力显著增加，需要较大的初期支护厚度，而一次喷射达不到这样的厚度。由于围岩对初期支护的压力还无法精确计算，采用单层初期支护无法根据实际的情况调整支护厚度，初期支护出现裂缝时也很难采取补喷等补救措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法，能充分发挥围岩自承能力，提高初期支护安全性，减少初期支护陈本的目的。

本发明采用如下技术方案：

一种大断面岩石隧道双层初期支护系统设计方法，其特征是按以下步骤进行：

(1)计算隧道拱顶沉降量，确定第一层、第二层初期支护厚度；

(2)施作第一层初期支护；

(3)对施作第一层初期支护的隧道进行监测，将变形结果绘制成变形-时间曲线；

(4)在变形-时间曲线中，曲线的斜率即为变形速率，当变形速率在逐渐增大，或者第一层初期支护变形总量超过预计值，或者第一层初期支护产生裂缝，此时确定并施作第二层初期支护；否则，进行下一步骤；

(5)当变形速率在逐渐减小，重新确定并减小第二层初期支护厚度；只有当变形速率趋于0时，取消施作第二层初期支护。

和传统的单层初期支护相比，双层初期支护具有如下优点：

1、采用双层初期支护系统弥补了单层初期支护一次施作达不到设计厚度的不足；

2、采用双层初期支护系统比等厚度单层初期支护安全系数高；

3、采用双层初期支护系统可以在第一层初期支护出现裂缝时，通过及时施作第二层初期支护补充隧道结构的强度和刚度，保证围岩的稳定和隧道的安全；

4、采用双层初期支护系统可以根据监测数据判定在围岩趋于稳定的前提下，取消第二层初期支护，从而降低了工程造价，缩短了工期。

附图说明

图1为本发明涉及的大断面岩石隧道双层初期支护作用原理图。

图2为本发明涉及的大断面岩石隧道双层初期支护作用原理图，当第一层初期支护出现裂缝时，采用第二层初期支护对强度和刚度进行补充。

图3为本发明涉及的大断面岩石隧道双层初期支护作用原理图，当第一层初期支护能保证围岩趋于稳定，可取消第二层初期支护。

图4为本发明涉及的隧道双层初期支护实施图。

具体实施方式

本发明涉及的大断面岩石隧道双层初期支护系统的工作原理如下：

如图1所示，OA是单层初期支护的力学特征曲线，OBC是双层初期支护的力学特征曲线，R是隧道开挖后围岩的力学特征曲线。采用单层初期支护时，围岩和初期支护受力达到平衡工作点时，作用在初期支护上的力为P1。采用双层初期支护先施作一定厚度的喷射混凝土，其力学特征曲线为OB，其刚度小于OA，待适当时机再喷射混凝土到与单层初期支护相同的厚度。其刚度与单层初期支护的相同，即图中OA//BC。围岩与初期支护受力达到平衡的工作点时，作用在初期支护上的力为P2，显然，P2＜P1，即采用与单层初期支护相同厚度的双层初期支护分两层喷射后，在不增加材料的前提下，作用在其上的力降低，其安全系数得到提高。

当采用双层初期支护时，当第一层初期支护出现裂缝或局部塑性破坏，如图2中BB′，及时施筑第二层初期支护，可以补充初期支护的强度与刚度，保证隧道的安全和围岩的稳定，如图2所示。

如果监测数据表明，第一层初期支护施作后，隧道变形速率逐渐减小，围岩逐渐趋于稳定，可以考虑取消第二层初期支护。根据图3可以看出，在一定情况下，第一层初期支护作用后，隧道与围岩也可以达到安全与稳定，这时就可以取消第二层初期支护，节约了材料，并缩短了工期，提高施工中的经济效益。

具体说，结合图4，本发明按如下步骤实施：

(1)根据数值模拟计算隧道拱顶沉降量，确定第一层、第二层初期支护厚度及双层厚度的合理组合；

(2)隧道开挖后，在围岩1内施作第一层初期支护2；

(3)对施作第一层初期支护1的隧道进行监测，将变形结果绘制成变形-时间曲线；