[发明专利]一种深埋软岩隧道施工方法

摘要

本发明公开了一种深埋软岩隧道施工方法，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：隧道侧墙失稳判断；隧道侧墙处于稳定状态下顶板冒落拱矢高确定；隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态下顶板冒落拱矢高以及侧墙拉裂滑移坍塌区的滑移面倾角、内侧高度、外侧高度与坍塌宽度确定；隧道侧墙处于单斜面剪切破坏状态下顶板冒落拱矢高与侧墙单斜面坍塌区的坍塌宽度确定；支护结构确定；三、隧道开挖及隧道初期支护施工；四、隧道二次衬砌施工；五、下一节段施工；六、多次重复步骤五，直至完成隧道全部施工过程。本发明根据隧道侧墙失稳判断对隧道锚固支护体系的支护结构进行设计，能有效控制隧道围岩变形破坏且施工成本低。

主权项

1.一种深埋软岩隧道施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对软岩隧道(1)进行施工，多个所述节段的施工方法均相同；所述软岩隧道(1)为深埋隧道，所述软岩隧道(1)的埋深H≥2B，其中B为软岩隧道(1)的开挖宽度，H和B的单位均为m；对于任一节段进行施工时，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、隧道初期支护结构确定：所采用的隧道初期支护结构为对开挖成型的隧道洞拱墙进行支护的锚网喷初期支护结构，所述锚网喷初期支护结构为采用锚网喷支护方法施工成型的初期支护结构；所述锚网喷初期支护结构包括多个沿隧道延伸方向由后向前布设在所述隧道洞内的隧道锚固支护体系，多个所述隧道锚固支护体系的结构均相同；所述隧道锚固支护体系为第一锚固支护体系、第二锚固支护体系或第三锚固体系；所述第一锚固支护体系包括对所述隧道洞的拱部进行支护的第一隧道拱部支护体系和对所述隧道洞的侧墙进行支护的第一隧道侧墙支护体系，所述第一隧道拱部支护体系和所述第一隧道侧墙支护体系布设于同一隧道横断面上；所述第一隧道侧墙支护体系包括左右两个分别对所述隧道洞的左右侧墙进行支护的第一侧墙支护单元，两个所述第一侧墙支护单元呈对称布设且二者布设在同一隧道横断面上；所述第一隧道拱部支护体系包括多个由左至右布设在所述隧道洞拱部的第一拱部锚杆(6)；每个所述第一侧墙支护单元均为对所述隧道洞侧墙上的侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)进行支护的非对称式支护结构，所述侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的上部与所述隧道洞的侧墙上部相平齐，所述侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的横截面为直角梯形且其包括上部拉裂区和位于所述上部拉裂区正下方的下部滑移区，所述上部拉裂区的横截面为矩形，所述下部滑移区的横截面为直角三角形且其上部宽度与所述上部拉裂区的宽度相同；每个所述第一侧墙支护单元均包括侧墙深层支护结构和位于所述侧墙深层支护结构正下方的侧墙浅层支护结构；所述侧墙深层支护结构包括一根呈水平布设且对所述上部拉裂区进行支护的侧墙锚索(4)，所述侧墙浅层支护结构包括多根由上至下对所述下部滑移区进行支护的第一侧墙锚杆(5)，多根所述第一侧墙锚杆(5)呈平行布设且其均由内至外逐渐向下倾斜；所述第二锚固支护体系包括对所述隧道洞的拱部进行支护的第二隧道拱部支护体系和对所述隧道洞的侧墙进行支护的第二隧道侧墙支护体系，所述第二隧道拱部支护体系和所述第二隧道侧墙支护体系布设于同一隧道横断面上；所述第二隧道侧墙支护体系包括左右两个分别对所述隧道洞的左右侧墙进行支护的第二侧墙支护单元，两个所述第二侧墙支护单元呈对称布设且二者布设在同一隧道横断面上；所述第二隧道拱部支护体系包括对所述隧道洞的拱部进行浅层支护的隧道拱部浅层支护结构和对所述隧道洞的拱部进行深层支护的隧道拱部深层支护结构，所述隧道拱部浅层支护结构包括多个由左至右布设在所述隧道洞拱部的第二拱部锚杆(7)，所述隧道拱部深层支护结构包括多个由左至右布设在所述隧道洞拱部的拱部锚索(8)；每个所述第二侧墙支护单元均为对所述隧道洞侧墙上的侧墙单斜面坍塌区(3‑2)进行支护的支护结构，所述侧墙单斜面坍塌区(3‑2)的上部与所述隧道洞的侧墙上部相平齐，所述侧墙单斜面坍塌区(3‑2)的横截面为三角形；每个所述第二侧墙支护单元均包括多根由上至下对侧墙单斜面坍塌区(3‑2)进行支护的第二侧墙锚杆(13)，多根所述第二侧墙锚杆(13)均呈水平布设；所述第三锚固支护体系包括多根由左至右布设在所述隧道洞拱部的第三拱部锚杆(9)，多根所述第三拱部锚杆(9)均布设在同一隧道横断面上；对所述隧道初期支护结构进行确定时，过程如下：步骤201、隧道侧墙失稳判断：结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出隧道侧墙失稳时的临界高度h_cr；再将计算得出的临界高度h_cr与所述隧道洞的侧墙设计高度h₃进行比较：当h₃≤h_cr时，判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于稳定状态，并进入步骤202；当h_cr＜h₃≤h_0max时，判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态，并进入步骤203；当h₃＞h_0max时，判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于单斜面剪切破坏状态，并进入步骤204；其中，h_0max为当前所施工节段的隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态下的上限高度且为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的内摩擦角，c为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的粘聚力，γ为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的平均容重；c的单位为Pa，γ的单位为N/m³，h_cr、h₃和h_0max的单位均为m；步骤202、隧道侧墙处于稳定状态下顶板冒落拱矢高确定：结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出隧道侧墙处于稳定状态时所形成自然冒落拱(10)的矢高h₅；其中，f为当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数；步骤203、隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态下顶板冒落拱矢高以及侧墙拉裂滑移坍塌区的滑移面倾角、内侧高度、外侧高度与坍塌宽度确定：结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏时所形成第一极限冒落拱(11)的矢高h₁；其中，h₄为所述隧道洞的设计开挖高度，h₂+h₃＝h₄，h₂为所述隧道洞的拱部设计高度，h₁、h₂和h₄的单位均为m；同时，结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出当前所施工节段的侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的滑移面倾角α；式中，ψ为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的剪胀角；所述侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的滑移面倾角α为侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)中所述下部滑移区的滑移面与水平面之间的夹角；再根据公式和分别计算得出当前所施工节段的侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的内侧高度h₀、外侧高度z和坍塌宽度b，h₀、z和b的单位均为m，α＜90°；其中，q为当前所施工节段的上覆岩层作用于隧道侧墙围岩(2)上的均布压力且q＝γ₀(h₁+h₂)，γ₀为当前所施工节段的上覆岩层的平均容重，γ₀的单位为N/m³，所述上部拉裂区的高度为z且其宽度为b，所述下部滑移区的高度为h₀‑z；步骤204、隧道侧墙处于单斜面剪切破坏状态下顶板冒落拱矢高与侧墙单斜面坍塌区的坍塌宽度确定：结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式计算得出隧道侧墙处于单斜面剪切破坏状态时所形成第二极限冒落拱(12)的矢高h₆；同时，根据公式计算得出当前所施工节段的侧墙单斜面坍塌区(3‑2)的坍塌宽度b1；所述侧墙单斜面坍塌区(3‑2)上部宽度为b1；步骤205、隧道锚固支护体系所采用的支护结构确定：当步骤201中判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于稳定状态时，根据步骤202中确定的自然冒落拱(10)的矢高h₅，对所述第三锚固支护体系所采用的支护结构进行确定；当步骤201中判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于拉裂‑滑移式剪切破坏状态时，根据步骤203中确定的第一极限冒落拱(11)的矢高h₁，对所述第一隧道拱部支护体系所采用的支护结构进行确定；同时，根据步骤203中确定的侧墙拉裂滑移坍塌区(3‑1)的滑移面倾角α、内侧高度h₀、外侧高度z和坍塌宽度b，对所述第一侧墙支护单元中所述侧墙深层支护结构和所述侧墙浅层支护结构所采用的支护结构分别进行确定；当步骤201中判断得出所述隧道洞的隧道侧墙处于单斜面剪切破坏状态时，根据步骤203中确定的第一极限冒落拱(11)的矢高h₁，对所述隧道拱部浅层支护结构所采用的支护结构进行确定；并根据步骤204中确定的第二极限冒落拱(12)的矢高h₆，对所述隧道拱部深层支护结构所采用的支护结构进行确定；同时，根据步骤204中确定的坍塌宽度b1，对所述第二侧墙支护单元所采用的支护结构进行确定；步骤三、隧道开挖及隧道初期支护施工：由后向前对当前所施工节段进行开挖，开挖过程中根据步骤二中所确定的所述隧道初期支护结构由后向前对开挖成型的所述隧道洞进行初期支护，并获得施工成型的所述隧道初期支护结构；步骤四、隧道二次衬砌施工：步骤三中由后向前对开挖成型的所述隧道洞进行初期支护过程中，在施工成型的所述隧道初期支护结构内侧，由后向前对当前所施工节段的隧道二次衬砌进行施工；步骤五、下一节段施工：重复步骤一至步骤四，对下一节段进行施工；步骤六、多次重复步骤五，直至完成软岩隧道(1)的全部施工过程。