[实用新型]极高应力区隧洞断面布置形式

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种极高应力区隧洞断面布置形式。适用于高地应力区隧洞工程。

背景技术

近年来，出现了大量的深埋地下工程，尤其是隧洞工程，高地应力形成了极端困难的外部环境条件，给这些深埋工程的施工和运行造成了极大的困难，对工程设计也提出了更高的要求。目前，各类隧洞设计方法繁多，包括各种经验方法和分析方法。根据现有隧洞洞形设计经验，洞室形状对开挖效应有非常重要的影响，不同形状的洞室将产生不同的二次应力场。合理的开挖形状可以改善地下工程的应力状态，充分发挥围岩的自承能力，因此长期以来洞形优化一直是工程技术人员比较重视的问题。许多学者曾深入研究过该类问题，其中光弹试验法、数值模拟法和解析解法是洞形优化研究的三种主要方法。

综合考虑受力条件、施工技术、经济性等诸多因素的影响，隧洞设计断面主要为圆形、马蹄型和城门洞型，其中在高应力地区圆形具有更好的受力条件，更加有利于保证隧洞的稳定，但是圆形隧洞受施工、交通等因素的影响，施工难度较大，工程造就较高。而城门洞型最为经济，施工也最方便，但是直立边墙的存在势必影响隧洞的受力条件，尤其在高地应力区边墙围岩的稳定控制更加困难。马蹄型断面综合了圆形和城门洞型断面形状的优点，能够应对一般的高应力环境。

但地应力环境相当复杂，在一些条件下会发生偏转，特别是对于大尺寸断面，需要分台阶开挖，应力集中区会出现在上半断面的拱脚位置，如图1中应力集中区位于左侧拱脚位置。拱脚的特殊直角几何形状不利于裂纹扩展发育，即使在高应力集中的条件下，也很少发生严重的围岩破坏问题，主要表现为局部的片帮和鼓胀问题，但这个结论仅适用于地应力水平相对不高的洞段。在极高应力区，由于左侧拱肩至边墙临空面大，集中应力下裂纹可大尺寸扩展，并充分发育，裂纹扩展速度较快，有利于能量耗散和开挖后岩体的迅速破坏。但岩体的强度和储能能力是有限的，达到一定程度后岩体要发生破坏，积累的能量则要释放出来，高能量集中在相对较小的面积上突然释放出来，所导致的破坏必然异常剧烈。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、施工方便的极高应力区隧洞断面布置形式，以改善端面形状产生的应力集中，降低高应力破坏的风险。

本实用新型所采用的技术方案是：一种极高应力区隧洞断面布置形式，具有分上半断面和下半断面施工的隧洞，在上半断面的拱脚位置存在应力集中区，其特征在于：所述上半断面靠近应力集中区的拱脚位置保留围岩，形成小边墙，所述小边墙与下半断面的开挖断面开挖成圆形。

所述下半断面的开挖断面上回填碎渣找平。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过隧洞断面局部位置形状的改变即可有效改善断面形状产生的应力集中，降低高应力破坏的风险，能够充分利用马蹄形断面本身的的优势，并尽可能考虑交通、通风管安装、原来台车的使用及支护参数等问题，避免断面形状改变对隧洞的施工产生较大的影响。

附图说明

图1为极高应力区左侧边墙拱脚应力集中示意图。

图2为实施例中极高应力区左侧边墙拱脚形状优化示意图。

具体实施方式

本例中隧洞分上半断面1和下半断面2进行开挖施工，根据应力集中区的位置确定需要进行断面优化的具体位置，本例中应力集中区3位于左侧拱脚，见图1。根据现场施工、运输、通风等条件，确定预留的断面尺寸。本例在开挖过程中保留隧洞左侧拱脚位置处的围岩，形成月牙形的小边墙5，进行首次开挖，使小边墙5与下半断面2开挖断面尽可能的形成圆形，避免直角洞型的产生，增加受力面积，降低应力集中程度，见图2。

之后，对留下的左侧小边墙5开挖至原设计断面形状，并在下半断面2的开挖面上回填碎渣4找平，便于交通。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的范围内，做出的变化、改添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。