本申請涉及隧道圍巖穩(wěn)定性控制，具體而言，涉及一種深埋隧道的開挖補償方法。

背景技術(shù)：

1、川藏地區(qū)位于亞歐板塊和印度洋板塊的交界處，板塊構(gòu)造活動極其強烈，造成了川藏地區(qū)的工程巖體每年數(shù)十毫米移動速率的強活動性。復(fù)雜的地質(zhì)背景決定了川藏地區(qū)深部巖體面臨著高地應(yīng)力、高地震烈度、高環(huán)境梯度以及強烈工程擾動、板塊擾動和內(nèi)外地質(zhì)動力擾動等問題。因此，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境使川藏地區(qū)隧道工程修建過程中面臨軟巖大變形、巖爆和穿越活動性斷裂帶等眾多嚴(yán)峻的工程難題。

2、在沿用了一百多年的“坍落拱”隧道工程設(shè)計理論中，新奧法能夠充分發(fā)揮圍巖的自承能力。采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段對圍巖變形進(jìn)行控制，同時對隧道圍巖與支護(hù)系統(tǒng)的變形進(jìn)行監(jiān)控量測。將圍巖視為支護(hù)體系的重要組成部分，并通過對圍巖和支護(hù)的監(jiān)控量測來指導(dǎo)隧道或地下工程的設(shè)計施工。新奧法針對中淺部巖石的開挖，圍巖具有一定的自穩(wěn)能力，發(fā)揮的僅是圍巖的單軸強度，其技術(shù)途徑是“先讓后抗”，關(guān)鍵技術(shù)是二次最佳支護(hù)時間的選擇，且只需要低應(yīng)力補償就可以實現(xiàn)圍巖穩(wěn)定，所以支護(hù)材料采用變形小的材料即可實現(xiàn)。

3、但是，到了深部以后，低應(yīng)力補償已經(jīng)無法實現(xiàn)圍巖穩(wěn)定，此時新奧法將失效。隧道圍巖產(chǎn)生第一開挖效應(yīng)，圍巖徑向應(yīng)力瞬間變?yōu)榱?，圍巖應(yīng)力狀態(tài)由三軸應(yīng)力狀態(tài)變成單軸應(yīng)力狀態(tài)，圍巖承載能力大幅度降低；隨著時間推移，隧道圍巖產(chǎn)生第二開挖效應(yīng)，切向應(yīng)力將發(fā)生集中，超過圍巖強度包絡(luò)線，故而導(dǎo)致圍巖發(fā)生破壞。

4、因此，本申請?zhí)峁┝艘环N深埋隧道的開挖補償方法，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種深埋隧道的開挖補償方法，能夠解決上述提到的至少一個技術(shù)問題。具體方案如下：

2、根據(jù)本申請的具體實施方式，本申請?zhí)峁┮环N深埋隧道的開挖補償方法，包括：

3、獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；

4、基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災(zāi)害類型；

5、基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，其中，所述開挖補償支護(hù)策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應(yīng)力與原始圍巖應(yīng)力的差值縮小至預(yù)設(shè)近似值范圍內(nèi)，且能夠有效阻止切向應(yīng)力出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；

6、基于所述開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制。

7、可選的，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

8、當(dāng)所述工程災(zāi)害類型表征為超米級軟巖大變形災(zāi)害類型時，確定所述開挖補償支護(hù)策略為高預(yù)應(yīng)力強韌錨網(wǎng)組合策略和桁架型拱架承載策略。

9、可選的，所述基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災(zāi)害類型，包括：

10、當(dāng)基于所述工程地質(zhì)信息確定高地應(yīng)力硬巖地層信息時，基于所述高地應(yīng)力硬巖地層信息確定所述工程災(zāi)害類型為隧道巖爆災(zāi)害類型。

11、可選的，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

12、當(dāng)所述工程災(zāi)害類型表征為隧道巖爆災(zāi)害類型時，確定所述開挖補償支護(hù)策略為高預(yù)應(yīng)力強韌錨網(wǎng)組合策略和聚能定向爆破策略。

13、可選的，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

14、當(dāng)所述工程災(zāi)害類型表征為活動性斷層類型和/或斷層破碎帶類型時，確定開挖補償支護(hù)策略為高預(yù)應(yīng)力強韌組合錨網(wǎng)策略、桁架型拱架承載策略和級配注漿控制策略。

15、可選的，所述高預(yù)應(yīng)力強韌組合錨網(wǎng)策略，包括：

16、在所述深埋隧道開挖后的預(yù)設(shè)安全時間段內(nèi)，利用第一支護(hù)構(gòu)件對所述深埋隧道圍巖凈空的徑向荷載進(jìn)行預(yù)設(shè)強度的預(yù)應(yīng)力支護(hù)補償；

17、利用第二支護(hù)構(gòu)件將徑向荷載沿所述圍巖的表面分散傳遞；

18、在所述圍巖的表面噴射預(yù)設(shè)厚度的預(yù)制混凝土。

19、可選的，所述桁架型拱架承載策略，包括：

20、在所述深埋隧道圍巖徑向方向，利用預(yù)設(shè)長度的工字鋼作為連接件將多層鋼拱架固定連接成多層組合鋼拱架；

21、在所述深埋隧道軸向方向，利用t型鋼將預(yù)設(shè)間隔長度的多個所述多層組合鋼拱架固定連接，利用預(yù)設(shè)直徑的螺紋鋼對所述多層組合鋼拱架進(jìn)行斜向人字形固定連接，形成桁架型拱架。

22、可選的，所述聚能定向爆破策略，包括：

23、在所述深埋隧道施工中，在預(yù)設(shè)開挖范圍的巖體內(nèi)埋設(shè)多個聚能定向管，引爆聚能定向管中炸藥，產(chǎn)生高溫、高壓氣體；

24、通過各個聚能定向管各自在至少一個設(shè)定方向上分別設(shè)置的一排線性分布的定向聚能孔將所述氣體形成高能流，向外集中作用于對應(yīng)的孔壁產(chǎn)生拉應(yīng)力，通過所述拉應(yīng)力使所述孔壁圍巖沿設(shè)定方向拉張開裂；

25、通過各排定向聚能孔產(chǎn)生的疊加應(yīng)力場，使預(yù)設(shè)開挖范圍內(nèi)的巖體定向拉張斷裂，形成定向的爆破切割面。

26、可選的，所述級配注漿控制策略，包括：

27、在活動性斷層和/或斷層破碎帶的地層施工時，在所述深埋隧道的掌子面，采用預(yù)設(shè)低注漿壓力使粗粒徑水泥漿液的傳導(dǎo)壓力克服地層的初始地應(yīng)力和圍巖抗拉強度，擴張地層中原有的孔隙和/或裂隙；

28、采用預(yù)設(shè)高注漿壓力迫使細(xì)粒徑顆粒擴充至所述孔隙和/或裂縫中，萌生和擴展新裂縫，最終生成預(yù)設(shè)厚度的止?jié){墻。

29、可選的，所述基于所述開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制之后，還包括：

30、對補充支護(hù)控制后的深埋隧道進(jìn)行實時監(jiān)測，獲得實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；

31、當(dāng)所述實時監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，基于所述實時監(jiān)測數(shù)據(jù)確定新的開挖補償支護(hù)策略；

32、基于新的開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制。

33、本申請實施例的上述方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果：

34、本申請?zhí)峁┝艘环N深埋隧道的開挖補償方法。所述方法包括：獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災(zāi)害類型；基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略；基于所述開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制。通過補充支護(hù)策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應(yīng)力與初始地應(yīng)力的差值縮小至預(yù)設(shè)近似值范圍內(nèi)，進(jìn)一步能夠有效阻止切向應(yīng)力出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在深埋隧道隧道開挖后，及時施加高預(yù)應(yīng)力的開挖補償支護(hù)，盡可能恢復(fù)圍巖的三維初始應(yīng)力狀態(tài)，從而提高圍巖承載力，充分調(diào)動深部巖體強度，實現(xiàn)深埋隧道圍巖有效控制。

技術(shù)特征：

1.一種深埋隧道的開挖補償方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災(zāi)害類型，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2、4或5所述的方法，其特征在于，所述高預(yù)應(yīng)力強韌組合錨網(wǎng)策略，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述桁架型拱架承載策略，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚能定向爆破策略，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述級配注漿控制策略，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制之后，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種深埋隧道的開挖補償方法。所述方法包括：獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災(zāi)害類型；基于所述工程災(zāi)害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護(hù)策略；基于所述開挖補償支護(hù)策略對所述深埋隧道的圍巖進(jìn)行補充支護(hù)控制。通過補充支護(hù)策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應(yīng)力與初始地應(yīng)力的差值縮小至預(yù)設(shè)近似值范圍內(nèi)，進(jìn)一步能夠有效阻止切向應(yīng)力出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。在深埋隧道隧道開挖后，及時施加高預(yù)應(yīng)力的開挖補償支護(hù)，盡可能恢復(fù)圍巖的三維初始應(yīng)力狀態(tài)，從而提高圍巖承載力，充分調(diào)動深部巖體強度，實現(xiàn)深埋隧道圍巖有效控制。

技術(shù)研發(fā)人員：胡杰,何滿潮,劉冬橋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19