CN112343604A - 一种软岩隧道施工预留变形量确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道施工的领域，具体而言，涉及一种软岩隧道施工预留变形量确定方法。包括如下步骤：确定待施工洞段的变形等级。根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围。确定预留变形量的值。每个洞段施工前，均需要测量该洞段的地应力和围岩岩体强度，定根据公式：围岩强度应力比＝Rc/σmax计算出围岩强度应力比。根据围岩强度应力比的值所处的范围确定该洞段的变形等级。最后根据变形等级确定该洞段的预留变形量。本发明的预留变形量确定方法使得隧道施工过程中的预留变形量确定过程规范化。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工的领域，具体而言，涉及一种软岩隧道施工预留变形量确定方法。
背景技术
隧道开挖后，围岩不可避免的将要发生一定程度的变形，针对不同围岩变形程度和变形特点，将设计开挖线作适当扩大的预留量，称之为隧道预留变形量。一般地质条件下，隧道的预留变形量小于15cm。而在高地应力软岩条件下，围岩极易发生大变形，而变形程度受地应力、围岩条件、支护条件、支护时机等多种因素影响，难以准确判定。
目前根据研究和经验，多通过围岩强度应力比(Rc/σmax)的大小来划分隧道可能发生大变形等级(轻微、中等、严重)，其中Rc是指岩体强度，σmax 是指最大地应力，比值越小，变形等级越高。对于变形等级的确定，现阶段尚无完全统一标准。一般的：Rc/σmax＝0.5～0.25为轻微大变形；Rc/σ max＝0.15～0.25为中等大变形；Rc/σmax＜0.15为严重大变形。在确定大变形等级的基础上，通过经验确定隧道预留变形量，但国内也尚未统一，通常轻微大变形取15cm～30cm，中等大变形取20～40cm；严重大变形取30～70cm。
大变形等级划分和预留变形量的确定，目前多在设计阶段，首先各设计院尚未统一，其次设计阶段仅通过勘察得到的岩体强度和区域地应力确定的变形等级和预留变形量，在施工阶段通常需要校正，而目前施工中对预留变形量的缺认尚缺乏系统的方法和数据，通常预留变形量取值过小，围岩变形侵占设计净空，只能拆换原有支护，造成安全风险，同时进度滞后，成本增加，要么预留变形量取值过大，导致成本增加。因此如何在施工阶段，确定合理预留变形量，对于高地应力软岩大变形隧道建设极为重要。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种软岩隧道施工预留变形量确定方法，其能够使得预留变形量的确定规范化。
本发明的实施例是这样实现的：
一种软岩隧道施工预留变形量确定方法，包括如下步骤：
S1：确定待施工洞段的变形等级；根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围；
S2：确定预留变形量的值。
进一步地，确定待施工洞段的变形等级的方法为：洞段施工前测量该洞段地应力和围岩岩体强度并计算围岩强度应力比；根据围岩强度应力比的值确定该洞段的变形等级。
进一步地，若围岩强度应力比的值在0.5-0.25之间，该洞段的变形等级为轻微变形；若围岩强度应力比的值在0.15-0.25之间，该洞段的变形等级为中等变形；若围岩强度应力比的值<0.15，该洞段的变形等级为严重变形。
进一步地，根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围时，判据包括围岩条件和围岩漏水情况。
进一步地，围岩条件包括硬岩夹软岩、软岩夹硬岩和极软岩；所述硬岩是指岩体强度＞30MPa的砂岩、板岩等脆性的岩石；软岩是指岩体强度为15～30MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石；极软岩是指岩体强度＜15MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石。
进一步地，对于轻微变形，在硬岩夹软岩的围岩条件下，无论围岩是否漏水，预留变形量均确定为30cm；
对于中等变形，在软岩夹硬岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围是35cm-45cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围是45cm-60cm；
对于严重变形，在极软岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围是45cm-60cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围是60cm-75cm。
进一步地，隧道刚开始施工时，预留变形量的取值为该洞段的预留变形量取值范围的中间值或最大值。
进一步地，每个洞段施工后均进行变形量监测；预留变形量多次取值后，预留变形量的取值根据保证率确定。
进一步地，保证率取值为80％。
进一步地，断层、褶皱、节理密集带地质构造发育段的预留变形量取值为该洞段的预留变形量取值范围的最大值。
本发明的有益效果是：
每个洞段施工前，均需要测量该洞段的地应力和围岩岩体强度，定根据公式：围岩强度应力比＝Rc/σmax计算出围岩强度应力比。根据围岩强度应力比的值所处的范围确定该洞段的变形等级。最后根据变形等级确定该洞段的预留变形量。
本发明的预留变形量确定方法使得隧道施工过程中的预留变形量确定过程规范化。
具体实施方式
具体实施例：
本实施例提供一种软岩隧道施工预留变形量确定方法，包括如下步骤：
S1：确定待施工洞段的变形等级。根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围。
确定待施工洞段的变形等级的方法为：洞段施工前测量该洞段地应力和围岩岩体强度并计算围岩强度应力比。计算公式为：围岩强度应力比＝Rc/σmax。其中，Rc是指岩体强度，σmax是指最大地应力。
根据围岩强度应力比的值确定该洞段的变形等级。若围岩强度应力比的值在0.5-0.25之间，该洞段的变形等级为轻微变形。若围岩强度应力比的值在 0.15-0.25之间，该洞段的变形等级为中等变形。若围岩强度应力比的值<0.15，该洞段的变形等级为严重变形。
根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围时，判据包括围岩条件和围岩漏水情况。围岩条件包括硬岩夹软岩、软岩夹硬岩和极软岩。一般的，硬岩是指岩体强度＞30MPa的砂岩、板岩等脆性的岩石。软岩是指岩体强度为15～30MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石。极软岩是指岩体强度＜15MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石。
对于轻微变形，在硬岩夹软岩的围岩条件下，无论围岩是否漏水，预留变形量均确定为30cm。
对于中等变形，在软岩夹硬岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围为35cm-45cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围为45cm-60cm。
对于严重变形，在极软岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围为45cm-60cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围为60cm-75cm。各环境下预留变形量的取值范围如表1。
表1
S2：确定预留变形量的值。隧道刚开始施工时，预留变形量的取值为该洞段的预留变形量取值范围的中间值或最大值。进而避免预留变形量过小导致支护力度不足。
每个洞段施工后均进行变形量监测。预留变形量多次取值后，预留变形量的取值根据保证率确定。经过多次取值并测量和记录施工后洞段的变形情况。这些记录值用于后期取值的参考，使得后期的取值逐渐趋于最合适的值。同时，这些记录值都是当前隧道的历史值，各个记录值对应的都是当前的隧道，记录值的环境更加接近待施工的洞段的环境。因此，以这些记录值作为参考使得后期的取值更加准确。
本实施例中，保证率取值为80％。实际中，保证率还能够根据需要设定为其他值。
每个洞段施工前，均需要测量该洞段的地应力和围岩岩体强度，并根据公式：围岩强度应力比＝Rc/σmax计算出围岩强度应力比。使得每个洞段的预留变形量的最终取值都是根据实际测得的该洞段的围岩强度应力比来设置的，取值更准确。
本发明还提供了极软岩、软岩和硬岩的判别依据，提供一套预留变形量确定方法，提供各种变形等级对应不同围岩条件且在有漏水和无漏水情况下的预留变形量的取值范围，使得隧道施工过程中的预留变形量确定过程规范化，避免各家说法不一致导致的预留变形量确定困难。
本实施例中，断层、褶皱、节理密集带地质构造发育段的预留变形量取值为该洞段的预留变形量取值范围的最大值。断层、褶皱、节理密集带地质构造发育段的地层结构稳定性较差，容易产生变形，该处所需的支护力度更大。本发明的预留变形量确定方法的预留变形量取值的判据包括了地质构造、围岩条件和地下水等条件，判断依据充分，取值更加准确。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：包括如下步骤：
S1：确定待施工洞段的变形等级；根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围；
S2：确定预留变形量的值。
2.根据权利要求1所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：确定待施工洞段的变形等级的方法为：洞段施工前测量该洞段地应力和围岩岩体强度并计算围岩强度应力比；根据围岩强度应力比的值确定该洞段的变形等级。
3.根据权利要求2所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：若围岩强度应力比的值在0.5-0.25之间，该洞段的变形等级为轻微变形；若围岩强度应力比的值在0.15-0.25之间，该洞段的变形等级为中等变形；若围岩强度应力比的值<0.15，该洞段的变形等级为严重变形。
4.根据权利要求1所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：根据待施工洞段的变形等级确定该洞段的预留变形量范围时，判据包括围岩条件和围岩漏水情况。
5.根据权利要求4所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：围岩条件包括硬岩夹软岩、软岩夹硬岩和极软岩；所述硬岩是指岩体强度＞30MPa的砂岩、板岩等脆性的岩石；软岩是指岩体强度为15～30MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石；极软岩是指岩体强度＜15MPa的千枚岩、片岩、泥岩、页岩等塑性较强的易发生大变形的岩石。
6.根据权利要求5所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：对于轻微变形，在硬岩夹软岩的围岩条件下，无论围岩是否漏水，预留变形量均确定为30cm；
对于中等变形，在软岩夹硬岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围为35cm-45cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围为45cm-60cm；
对于严重变形，在极软岩的围岩条件下，若围岩无漏水，预留变形量的取值范围为45cm-60cm，若围岩漏水，预留变形量的取值范围为60cm-75cm。
7.根据权利要求6所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：隧道刚开始施工时，预留变形量的取值为该洞段的预留变形量取值范围的中间值或最大值。
8.根据权利要求7所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：每个洞段施工后均进行变形量监测；预留变形量多次取值后，预留变形量的取值根据保证率确定。
9.根据权利要求8所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：保证率取值为80％。
10.根据权利要求6所述的软岩隧道施工预留变形量确定方法，其特征是：断层、褶皱、节理密集带地质构造发育段的预留变形量取值为该洞段的预留变形量取值范围的最大值。
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