[发明专利]一种软岩隧道开挖及初期支护方法

摘要

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。

主权项

1.一种软岩隧道开挖及初期支护方法，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)进行开挖及初期支护施工，多个所述节段的开挖及初期支护施工方法均相同；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；对于任一节段进行开挖及初期支护施工时，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；每个所述隧道锚固支护体系均包括对所述隧道洞的拱部进行支护的隧道拱部支护体系和对所述隧道洞的侧墙进行支护的隧道侧墙支护体系，所述隧道拱部支护体系和所述隧道侧墙支护体系布设于同一隧道横断面上；所述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侧墙支护单元，两个所述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，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拱部锚杆(6)；每个所述侧墙支护单元均为对所述隧道洞侧墙上的侧墙坍塌区(3)进行支护的非对称式支护结构，所述侧墙坍塌区(3)的上部与所述隧道洞的侧墙上部相平齐，所述侧墙坍塌区(3)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侧墙锚杆(5)，多根所述侧墙锚杆(5)呈平行布设且其均由内至外逐渐向下倾斜；对所述隧道初期支护结构进行确定时，对所述隧道拱部支护体系和所述侧墙支护单元所采用的支护结构分别进行确定，过程如下：步骤201、隧道顶板冒落拱矢高以及侧墙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所述隧道洞的隧道顶板冒落拱矢高h₁；其中，f为当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数，为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的内摩擦角，h₄为所述隧道洞的设计开挖高度；所述隧道洞的侧墙设计高度其中c为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的粘聚力，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)，_γ为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的平均容重，γ₀为当前所施工节段的上覆岩层的平均容重，γ和γ₀的单位均为N/m³，c和q的单位均为Pa；h₂为所述隧道洞的拱部设计高度，h₂+h₃＝h₄，h₁、h₂、h₃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坍塌区(3)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；所述侧墙坍塌区(3)的滑移面倾角α为侧墙坍塌区(3)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坍塌区(3)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°；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202、支护结构确定：根据步骤201中确定的所述隧道洞的隧道顶板冒落拱矢高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；同时，根据步骤201中确定的侧墙坍塌区(3)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；步骤202中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时，根据所述隧道洞的隧道顶板冒落拱矢高h₁对拱部锚杆(6)的长度进行确定；多根所述拱部锚杆(6)的长度均相同，所述拱部锚杆(6)的长度不小于L₃，其中L₃＝l₁+h₁+l₂，l₁＝0.1m～15cm，l₂＝0.3m～0.4m；步骤202中对所述侧墙深层支护结构所采用的支护结构进行确定时，根据外侧高度z对侧墙锚索(4)的布设位置进行确定并使侧墙锚索(4)位于所述上部拉裂区上，根据坍塌宽度b对侧墙锚索(4)的长度进行确定并使侧墙锚索(4)的前端伸出至所述上部拉裂区外侧；对所述侧墙浅层支护结构所采用的支护结构进行确定时，根据滑移面倾角α对侧墙锚杆(5)的倾斜角度进行确定，根据内侧高度h₀和外侧高度z和坍塌宽度b对侧墙锚杆(5)的布设位置进行确定并使多根所述侧墙锚杆(5)由上至下布设于所述下部滑移区上，根据坍塌宽度b对侧墙锚杆(5)的长度进行确定并使每根所述侧墙锚杆(5)的前端均伸出至所述下部滑移区外侧；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；步骤四、下一节段开挖及隧道初期支护施工：重复步骤一至步骤三，对下一节段进行开挖及隧道初期支护施工；步骤五、多次重复步骤四，直至完成软岩隧道(1)的全部开挖及隧道初期支护施工过程。