[发明专利]基于柔模支护的软岩隧道施工方法

摘要

本发明公开了一种基于柔模支护的软岩隧道施工方法，由后向前分多个节段对软岩隧道进行施工，对任一节段施工时包括步骤：一、围岩基本力学参数确定；二、隧道预留开挖量确定；三、隧道开挖；四、隧道支护结构确定：隧道支护结构包括隧道初期支护结构、柔模支护结构和隧道二次衬砌；五、隧道初期支护施工；六、柔模支护施工；七、隧道二次衬砌施工；八、下一节段施工；九、多次重复步骤八，直至完成软岩隧道的全部施工过程。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，采用柔模支护结构对隧道进行全断面支护并与隧道初期支护结构进行协调变形，确保隧道二次衬砌的结构稳定性。

主权项

1.一种基于柔模支护的软岩隧道施工方法，其特征在于：沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对所施工软岩隧道(1)进行施工，多个所述节段的施工方法均相同；对软岩隧道(1)的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；σ_c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、σ_c和E的单位均为Pa，r₀和的单位均为m；公式(3)中，P_i为对软岩隧道(1)进行初期支护时所采用锚杆(2)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，E_a为锚杆(2)的弹性模量且其单位为Pa，A_s为锚杆(2)的横截面积且其单位为m²，r_b为锚杆(2)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；P_max为锚杆(2)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，K_p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松动圈等效半径，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，获得开挖完成的隧道洞；步骤四、隧道支护结构确定：所采用的隧道支护结构包括对隧道洞进行支护的隧道初期支护结构、布设于所述隧道初期支护结构内侧的隧道二次衬砌(4)和位于所述隧道初期支护结构与隧道二次衬砌(4)之间的柔模支护结构(5)，所述隧道初期支护结构、柔模支护结构(5)和隧道二次衬砌(4)由外至内进行布设且三者均为对隧道洞进行全断面支护的全断面支护结构；所述隧道二次衬砌(4)为混凝土衬砌且其包括对隧道洞的拱墙进行支护的拱墙衬砌和对隧道洞底部进行支护的仰拱衬砌，所述拱墙衬砌和所述仰拱衬砌浇筑于为一体；所述柔模支护结构(5)的层厚为S且其横截面形状与隧道洞的横断面形状相同，所述柔模支护结构(5)包括由柔模布加工而成的柔模筒和由灌注于所述柔模筒内混凝土形成的混凝土灌注层；所述隧道初期支护结构包括多个由后向前布设且对隧道洞进行全断面支护的全断面钢支架(3)和对隧道洞进行全断面支护的锚网喷初期支护结构，多个所述全断面钢支架(3)的结构和尺寸均相同且其呈均匀布设，所述全断面钢支架(3)的形状与隧道洞的横断面形状相同；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由后向前布设的锚杆支护单元，多个所述锚杆支护单元呈均匀布设且其布设位置分别与多个所述全断面钢支架(3)的布设位置一一对应，每个所述全断面钢支架(3)外侧均布设有一个所述锚杆支护单元，每个所述锚杆支护单元均包括多个沿隧道洞的开挖轮廓线布设的锚杆(2)，每个所述锚杆支护单元均与位于其内侧的所述全断面钢支架(3)布设在隧道洞的同一个横断面上；所述锚杆支护单元中多个所述锚杆(2)的长度均相同，所述锚杆(2)的长度l'＝l₁'+l+l₂'，其中l₁'＝10cm～20cm，l₂'＝30cm～50cm，l为锚杆(2)的有效长度且其单位为m，且l≥1.5m；步骤五、隧道初期支护施工：根据步骤四中所确定的隧道初期支护结构，由后向前对当前所施工节段进行隧道初期支护施工，获得施工成型的所述隧道初期支护结构；步骤六、柔模支护施工：根据步骤四中所确定柔模支护结构(5)的层厚，在步骤五中施工完成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柔模支护结构(5)进行施工；步骤七、隧道二次衬砌施工：在步骤六中施工完成的柔模支护结构(5)内侧，由后向前对当前所施工节段的隧道二次衬砌(4)进行施工；步骤八、下一节段施工：重复步骤一至步骤七，对下一节段进行施工；步骤九、多次重复步骤八，直至完成软岩隧道(1)的全部施工过程。