CN110656942A - 一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法，包括如下步骤：①沿隧道开挖面及隧道轮廓线外一定范围内围岩内打设注浆导管；②向围岩内压入注浆材料；③待注浆材料凝结、硬化后，堵塞围岩裂隙；④在拟开挖段中部设置监测横断面，关键点的围岩应力、孔隙水压力和位移变形量三个监测参数，获得各监测参数的动态变化曲线，进而拟合出各监测参数的相关的理论模型；⑤开挖过程模拟；⑥模拟帷幕注浆超前支护控制方法对围岩稳定安全系数的影响；⑦分析围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图，得到能控制该类围岩变形的最佳止浆岩盘厚度设计值。

Description

一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制 方法

技术领域

本发明涉及隧道工程，特别涉及一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法。

背景技术

花岗岩蚀变带岩体由于其特殊的成岩过程和演化历程，具有低强度、吸水膨胀和应变软化等特殊力学性质。对花岗岩蚀变带岩体的分布规律和工程特性的认识不足，常常给工程设计和施工带来极大的困难。实际隧道工程中，地下水的渗流和围岩材料的应变软化特性是影响隧道变形最主要的因素，而在渗流条件下，对于围岩材料为花岗岩蚀变带的隧道工程，由于花岗岩蚀变带岩体强度低，其中蒙脱石化蚀变岩中的蒙脱石具有吸水膨胀的特点，可使结构紧密的蚀变岩松裂崩解。加之后期花岗岩侵入蚀变带内，受多次构造作用及岩浆侵入影响，岩体节理裂隙发育、岩体破碎，岩体多呈松散碎石角砾、粉砂土状，稳定性极差。同时，蚀变带岩体具有含砂量高、孔隙比大的特点，在较高的动水压作用下，极易出现管涌乃至流土等渗透破坏现象，从而引起开挖面的整体失稳。

现有渗流条件下花岗岩蚀变带隧道施工中采用对地下水单一降排为主的控制方法，开挖过程中花岗岩蚀变带力学性质易恶化，施工设计经常与实际情况有出入，常常需要多变更支护方案设计，影响施工效率和增加隧道施工成本。

该种地层特点的隧道在国内外工程建设中较为罕见，目前类似工程的建设经验较少，对该类隧道围岩变形控制方法的研究具有非常重要的工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法，以在控制渗流条件下有效控制花岗岩蚀变带隧道围岩的变形，降低隧道施工成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法，包括如下步骤：

①隧道开挖以前，沿隧道开挖面及隧道轮廓线外一定范围内围岩内打设注浆导管；

②通过注浆导管向围岩内压入注浆材料；

③待注浆材料凝结、硬化后，堵塞围岩裂隙；

④进行隧道开挖，在隧道开挖前，在拟开挖段中部设置监测横断面，在该监测横断面的拱顶、拱底和两侧边墙部位设置四个关键点，在关键点位置埋设应力片、水压计、位移计，分别监测四个关键点的围岩应力、孔隙水压力和位移变形量三个监测参数；随着开挖过程的进行，获得各监测参数的动态变化曲线，进而拟合出各监测参数的相关的理论模型；

⑤开挖过程模拟，采用三维有限元的数值分析方法，以流固耦合理论为基础，建立围岩应力、变形、孔隙水压力与步骤中理论模型相同的施工过程，此时所模拟的过程即等同于现场实际的开挖过程；

⑥采用三维有限元的数值分析方法，模拟帷幕注浆超前支护控制方法对围岩稳定安全系数的影响。模拟过程中将注浆区的材料等效为均一化材料，同时不断注浆区的宽度，获得多种止浆岩盘厚度条件下花岗岩蚀变带隧道围岩开挖过程中的围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图；

⑦分析步骤⑥所得围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图，得到能控制该类围岩变形的最佳止浆岩盘厚度设计值，进而按照该设计值进行注浆控制，达到一次支护到位。

本发明的有益效果是，能有效控制渗流条件下，花岗岩蚀变带隧道围岩的变形；降低施工过程中设计变更的次数，实行动态信息化控制原则，达到一次性支护加固到位；节约支护成本。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是本发明一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法的流程图；

图2是本发明一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法中隧道的纵向剖面示意图；

图3是本发明一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法中隧道的横向剖面示意图；

图4是本发明一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法的平面示意图。

图中示出部位的名称和对应的标记：开挖面1、隧道轮廓线2、注浆区3、监测横断面A-A、止浆岩盘厚度L、拱顶关键点a、拱底关键点b、左侧边墙关键点c、右侧边墙关键点d。

具体实施方式

以下将通过附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

参照图1、图2和图3，一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法，包括如下步骤：

①隧道开挖以前，沿隧道开挖面1及隧道轮廓线2外一定范围内围岩内打设注浆导管；

②通过注浆导管向围岩内压入注浆材料；

③待注浆材料凝结、硬化后，堵塞围岩裂隙；

④进行隧道开挖，在隧道开挖前，在拟开挖段中部设置监测横断面 A-A，在该监测横断面A-A的拱顶、拱底和两侧边墙部位设置四个关键点，在关键点位置埋设应力片、水压计、位移计，分别监测四个关键点的围岩应力、孔隙水压力和位移变形量三个监测参数；随着开挖过程的进行，获得各监测参数的动态变化曲线，进而拟合出各监测参数的相关的理论模型；

⑤开挖过程模拟，采用三维有限元的数值分析方法，以流固耦合理论为基础，建立围岩应力、变形、孔隙水压力与步骤④中理论模型相同的施工过程，此时所模拟的过程即等同于现场实际的开挖过程；

⑥采用三维有限元的数值分析方法，模拟帷幕注浆超前支护控制方法对围岩稳定安全系数的影响。模拟过程中将注浆区3的材料等效为均一化材料，同时不断改变注浆区3的宽度，获得多种止浆岩盘厚度条件下花岗岩蚀变带隧道围岩开挖过程中的围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图；

⑦分析步骤⑥所得围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图，得到能控制该类围岩变形的最佳止浆岩盘厚度设计值，进而按照该设计值进行注浆控制，达到一次支护到位。

实施例：

清水隧道位于洛(阳)湛(江)铁路洪塘至岑溪段安平-糯垌区间，进口里程DK439+346、出口里程DK442+782，全长3436m，是洛湛铁路永岑段的控制性工程之一。

该隧道下伏基岩地层层序混杂，下伏基岩为燕山期晚期花岗岩及奥陶系中统缩尾岭群砂岩夹页岩、灰岩及热液蚀变形成的大理岩。其中花岗岩风化强烈且差异大，岩体破碎，全风化层厚35～80m，岩芯呈土柱状，粉砂状，局部见球状风化体，属于本专利提到的花岗岩蚀变带。

DK442+633～+782段因穿越一长流水冲沟且位于山脚低缓地带，沟口洪积扇顶部高于隧道拱顶，受冲沟常年补给，地下水发育，地下水活动对隧道围岩稳定性影响较大，属于本专利提到的渗流条件。

该隧道开挖过程中，在DK442+590～+782段均出现了涌水现象，平均涌水量达到57L/min.10m。并出现拱顶塌方、掉块；边墙变形较大，影响进一步施工等情况；同时周边围岩干扰严重，在已支护地段，地下水作用对隧道侧向压力明显等问题。当时采取了工字钢临时横撑，但效果并不明显，变形并未得到有效控制，部分横撑扭曲变形，部分初期支护侵入限界。

通过专题研究，采取本发明隧道围岩变形控制方法的方法，在隧道开挖掌子面设置大管棚和注浆小导管，并按照本发明的步骤进行注浆处理，结合三维有限元的数值分析方法，对止浆岩盘厚度进行设计，最终确定对于清水隧道采取止浆岩盘厚度为5m进行注浆，从而达到了一次支护到位的良好效果，因此本发明对花岗岩蚀变带隧道围岩的变形控制有效，不仅缩短了工期，还大大减少了支护成本。

Claims (1)

1.一种应用于渗流条件下花岗岩蚀变带的隧道围岩变形控制方法，包括如下步骤：

①隧道开挖以前，沿隧道开挖面(1)及隧道轮廓线(2)外一定范围内围岩内打设注浆导管；

②通过注浆导管向围岩内压入注浆材料；

③待注浆材料凝结、硬化后，堵塞围岩裂隙；

④进行隧道开挖，在隧道开挖前，在拟开挖段中部设置监测横断面(A-A)，在该监测横断面(A-A)的拱顶、拱底和两侧边墙部位设置四个关键点，在关键点位置埋设应力片、水压计、位移计，分别监测四个关键点的围岩应力、孔隙水压力和位移变形量三个监测参数；随着开挖过程的进行，获得各监测参数的动态变化曲线，进而拟合出各监测参数的相关的理论模型；

⑤开挖过程模拟，采用三维有限元的数值分析方法，以流固耦合理论为基础，建立围岩应力、变形、孔隙水压力与步骤④中理论模型相同的施工过程，此时所模拟的过程即等同于现场实际的开挖过程；

⑥采用三维有限元的数值分析方法，模拟帷幕注浆超前支护控制方法对围岩稳定安全系数的影响；模拟过程中将注浆区(3)的材料等效为均一化材料，同时不断改变注浆区(3)的宽度，获得多种止浆岩盘厚度条件下花岗岩蚀变带隧道围岩开挖过程中的围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图；

⑦分析步骤⑥所得围岩变形图、屈服区分布图、止浆岩盘的最大主应力和最小主应力云图，得到能控制该类围岩变形的最佳止浆岩盘厚度设计值，进而按照该设计值进行注浆控制，达到一次支护到位。

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