[发明专利]一种软岩隧道开挖及初期支护方法

说明书

本发明公开了一种软岩隧道开挖及初期支护方法，包括步骤：一、围岩基本力学参数确定；二、隧道初期支护结构确定：所采用的隧道初期支护结构包括多个由后向前布设的隧道锚固支护体系；三、隧道开挖及隧道初期支护施工；四、下一节段开挖及隧道初期支护施工：对下一节段进行开挖及隧道初期支护施工；五、多次重复步骤四，直至完成软岩隧道的全部开挖及隧道初期支护施工过程。本发明方法步骤简单、实现方便且使用效果好，通过对处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态下的隧道侧墙围岩变形情况进行分析，采用隧道侧墙非对称式支护结构对隧道侧墙进行有效支护，并采用隧道拱部支护体系对隧道拱部进行有效支护，能对软岩隧道拱墙的围岩变形进行有效控制。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种软岩隧道开挖及初期支护方法。

背景技术

近年来，随着我国交通事业的飞跃发展，大量深埋山岭隧道将穿越富水高地应力区，施工面临突泥涌水、围岩挤压大变形甚至塌方等严重问题，若支护不及时或方式不当，易导致隧道断面缩小和支护结构失稳，严重影响隧道的快速施工和日后的安全运营。长期以来，众多专家学者对软岩隧道(也称软弱围岩隧道)的围岩变形机制及其支护技术进行了深入研究。何本国等以木寨岭高地应力隧道为工程背景，分析了构造应力场下软岩隧道变形特性、能量积聚、力学响应及塑性区规律；周艺等探讨了不同支护方案下强震区软岩隧道拱顶沉降、周边收敛、地表沉降及结构内力的变化关系；汪波等分析了强震区软岩隧道的大变形特征及其成因机制；张朝强等基于地应力实测结果，分析了软岩隧道开挖期的地应力场分布与围岩变形破坏特征；陈志敏通过对高地应力软岩隧道地应力的现场实测、理论研究与数值模拟，分析了隧道围岩与支护结构相互作用的力学机制；王树仁等分析了乌鞘岭隧道围岩的变形力学机制，提出了刚隙柔层支护技术；李鸿博等通过现场测试，分析了峡口高应力软岩公路隧道围岩变形规律及结构的受力特点，提出了高应力软岩隧道大变形的支护设计对策；邓博团等建立了软岩公路隧道围岩的应变软化本构模型。

冒顶片帮是指矿井、隧道、涵洞开挖、衬砌过程中因开挖或支护不当，顶部或侧壁大面积垮塌造成伤害的事故。其中，隧道侧墙(也称隧道帮部、隧道侧壁或隧道边墙)在隧道围岩应力作用下变形、破坏而脱落的现象称为片帮，也称为侧墙病害；隧道顶部垮落称为冒顶。隧道开挖前，侧墙岩体处于三向应力原始稳定状态。隧道开挖后，隧道侧墙岩体所受横向水平应力被解除后变为二向应力状态，其抗压强度显著降低；同时，隧道围岩应力发生重新分布，其周边出现应力集中，侧墙岩体受力增加，当侧墙岩体的原生裂隙在隧道顶板(即隧道上方岩体)与隧道底板(即隧道下方岩体)夹持作用下的损伤积累到一定量值时，隧道侧墙便会失稳，并且当侧墙岩体中存在拉裂面时，隧道侧墙便会发生如图1-1所示的拉裂-滑移式剪切破坏，其中软岩隧道1的隧道侧墙围岩2中发生拉裂-滑移式剪切破坏的区域为侧墙坍塌区3，q为隧道顶板作用于隧道侧墙围岩2上的均布压力。

尽管目前在软岩隧道围岩变形及支护技术方面取得了较多的研究成果，关于软岩隧道塌方和底鼓的研究也较为深入，但对于软岩隧道中常见隧道片帮灾害的研究尚不多见，现场的片帮处治措施仍依赖于施工经验，治理效果也并不理想。尤其是对隧道侧墙发生拉裂-滑移式剪切破坏的软岩隧道而言，几乎没有可借鉴的施工经验。

另外，实践表明普氏冒落拱基本理论在一定程度上反映了客观地压规律，但针对软岩工程尚存在以下不足：第一、缺乏对隧道侧墙(也称隧道帮部)失稳条件的研究：研究表明，隧道侧墙的稳定性与岩体自身的强度、隧道埋深及隧道开挖高度等因素密切相关：当隧道侧墙岩性及隧道埋深一定时，隧道高度越大，其稳定性越差；反之亦然；因此，对于某一确定的隧道侧墙而言，应存在一个使隧道侧墙失稳的临界高度；第二、缺乏对隧道侧墙不同情况剪切滑动的研究：当隧道侧墙不稳定时，侧墙将发生剪切破坏，如图1-1所示的拉裂-滑移式剪切破坏。因而，应用普氏冒落拱基本理论计算冒落拱高度并确定围岩压力时往往存在偏差，这直接影响隧道支护参数确定的准确性。

发明内容