[发明专利]基于围岩分区破裂演化分析的隧道开挖及初期支护方法

说明书

本发明公开了一种基于围岩分区破裂演化分析的隧道开挖及初期支护方法，沿纵向延伸方向由后向前分多个节段对所施工隧道进行开挖及初期支护施工；对于任一节段进行开挖及初期支护施工时，包括步骤：一、隧道开挖；二、围岩基本力学参数确定；三、围岩分区破裂演化分析；四、隧道初期支护判断；五、隧道初期支护结构确定；六、隧道初期支护施工；七、下一节段开挖及巷道围岩支护施工；八、多次重复步骤七，直至完成所施工隧道的全部开挖及初期支护施工过程。本发明步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，根据围岩分区破裂演化分析结果有目的地进行围岩径向注浆加固和初期支护，能有效保证隧道围岩稳固性和安全性。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，尤其是涉及一种基于围岩分区破裂演化分析的隧道开挖及初期支护方法。

背景技术

地下洞室不仅仅为交通、水电、矿等使用，而且现代已为地下城市建设、冷藏、储油、储水、环境工程及国防工程等广泛使用，洞室可分为过水的(如引水隧洞)和不过水的(如交通隧洞)两大类。深埋洞室(也称深埋地下洞室)是指埋设深度大于50m的地下洞室。其中，隧道为主要的深埋洞室，尤其是现如今长大隧道的施工项目日益增多。

近年来，随着人们对地下空间与资源需求量的急剧增加，深部岩体工程不断增多。据不完全统计，国外开采深度超过1000m的金属矿山已达上百座；我国多个矿井开采深度已超过1000m，在今后的10年～20年内，国内多数矿山将进入1000m～2000m的开采深度。同时，国内外正在或计划修建大量的深埋地下洞室工程，如山岭交通隧道、大型水电工程引水隧道、核废料深层处置井、石油战备储存工程等。这些深部岩体工程都面临高地应力、高地温、高孔隙水压的复杂地质环境，表现出不同于浅部岩体的显著非线性变形与破坏特征，如分区破裂、剧烈岩爆、围岩挤压大变形等。其中，围岩分区破裂使得深埋洞室在开挖与支护过程中面临着诸多亟待解决的世界性技术难题，并由此成为深部岩体工程领域研究的热点和难点之一。

分区破裂是在深埋洞室围岩中破裂区与非破裂区交替性产生的特殊地质现象。长期以来，人们通过理论推导、试验分析及数值模拟等手段对分区破裂机理进行了深入研究。早在上世纪80年代，E.I.Shemyakin利用电阻率仪在深部Маяк矿山发现了围岩“环带状破裂”现象，如图1所示。

G.D.Adams和A.J.Jager对南非Witwatersrand金矿2000m～3000m深处采场顶板的间隔破裂现象进行了钻孔窥视；D.F.Malan和S.M.Spottiswoode利用现场监测资料分析了采场顶板间隔破裂随时间和采矿活动的发展和形成，探讨了矿震与顶板分区破坏的关系；E.J.Sellers和P.Klerck对围岩中的不连续面对间隔破裂的影响进行了试验研究；M.B.Kypленя和B.H.Oпapин给出了适用于特定矿区的围岩破裂区半径及厚度计算公式；I.S.Metlov等利用非平衡热动力学方程分析了分区破裂的物理基础，并进行了计算机模拟；G.R.Adams和A.J.Jager指出，只要满足条件，巷道围岩都会产生分区破裂现象，但裂缝形成原因尚未得到理论解释；E.И.Шемякин认为围岩分区破裂不是钻爆施工扰动所致，而是由于巷道周围应力场改变；курлeня研究了围岩分区破裂的时间效应，提出初始应力值对巷道周边位移速度具有重要影响，该速度是围岩卸荷产生的位移速度。