[发明专利]基于锚杆受力分析的软岩隧道开挖方法

摘要

本发明公开了一种基于锚杆受力分析的软岩隧道开挖方法，沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对软岩隧道进行开挖；对任一节段开挖时，包括步骤：一、围岩基本力学参数确定；二、隧道预留开挖量确定：根据支护完成后软岩隧道的围岩向内位移理论值S确定当前所施工节段的预留开挖量，S为软岩隧道表面围岩的塑性位移量与软岩隧道表面围岩碎胀变形后的位移量之和；三、隧道开挖；四、下一节段开挖；五、多次重复步骤四，直至完成软岩隧道的全部开挖过程。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，根据软岩隧道的围岩变形情况对预留开挖量进行确定，能解决软岩隧道的预留变形量确定难题，并避免了软岩隧道的返修工作且施工成本低。

主权项

1.一种基于锚杆受力分析的软岩隧道开挖方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对所施工软岩隧道(1)进行开挖，多个所述节段的开挖方法均相同；对软岩隧道(1)的任一节段进行开挖时，包括以下步骤：步骤一、围岩基本力学参数确定：通过对现场所取岩样进行室内试验，对当前所施工节段的围岩基本力学参数进行测试，并对测试结果进行同步记录；步骤二、隧道预留开挖量确定：根据步骤一中所确定的围岩基本力学参数，对当前所施工节段的预留开挖量进行确定；对当前所施工节段的预留开挖量进行确定时，根据支护完成后软岩隧道的围岩向内位移理论值S进行确定；其中，S＝S1+S2 (1)；公式(1)中，S1为软岩隧道表面围岩的塑性位移量，公式(2)中，P0为开挖前当前所施工节段的隧道围岩岩体的原岩应力；ξ为当前所施工节段的隧道围岩强度参数且为当前所施工节段的隧道围岩岩体的内摩擦角；σc为当前所施工节段的隧道围岩岩体的单轴抗压强度；r0为当前所施工节段的隧道等效开挖半径，E为当前所施工节段的隧道围岩岩体的综合弹性模量，μ为当前所施工节段的隧道围岩岩体的泊松比，为支护完成后当前所施工节段的隧道围岩塑性区等效半径，P0、σc和E的单位均为Pa，r0和的单位均为m；公式(3)中，Pi为对软岩隧道(1)进行初期支护时所采用锚杆的支护阻力且其单位为Pa；c为当前所施工节段的隧道围岩岩体的粘聚力且其单位为Pa，A和t均为系数，公式(4)中，G为当前所施工节段的隧道围岩岩体的岩体剪切模量且其单位为Pa，Ea为所述锚杆的弹性模量且其单位为Pa，As为所述锚杆的横截面积且其单位为m2，rb为所述锚杆的内端至当前所施工节段的隧道中心点的距离且其单位m，k为支护系数且k＝0.8，为支护前当前所施工节段的隧道表面围岩的位移值且其单位为m；Pmax为所述锚杆杆体上的轴向拉力最大值且其单位为N；公式(1)中，S2为软岩隧道表面围岩碎胀变形后的位移量，公式(5)中，Kp为当前所施工节段的隧道围岩岩体的碎胀系数，为支护完成后当前所施工节段的隧道围岩破裂区等效半径，步骤三、隧道开挖：根据步骤二中所确定的当前所施工节段的预留开挖量，由后向前对当前所施工节段进行开挖；步骤四、下一节段开挖：重复步骤一至步骤三，对下一节段进行开挖；步骤五、多次重复步骤四，直至完成软岩隧道(1)的全部开挖过程。