CN116575923B - 一种隧道围岩变形综合治理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道围岩变形综合治理方法，包括：步骤S1：采用超前地质探测，结合已有勘探资料分析确定隧道掘进区域内的断层破碎带发育情况，并划分断层无‑弱影响区、断层弱‑中影响区、断层中‑强影响区；步骤S2：根据断层中‑强影响区发育情况判断是否要对断层破碎带进行宏观预紧固处理；步骤S3：隧道掘进，并根据隧道工作面与断层影响区的位置关系，采用不同的开挖补偿技术组合对隧道围岩进行支护处理。对隧道内的开挖补偿技术依据分区合理组合，根据中‑强影响区发育情况，设置隧道外的宏观预紧固处理措施，隧道内、外的围岩变形治理方法相结合，形成一种综合处理方法，实现对隧道围岩经济、高效的防护、治理。
Description
技术领域
本申请涉及隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道围岩变形综合治理方法。
背景技术
板块剧烈碰撞，诱发大范围的区域构造运动，造就了区域内的地形起伏剧烈、沟谷纵横，岩土体内部也出现挤压、抬升、张裂等应力应变现象，使得岩土体在空间分布上具有明显的各向异性，形成的断层破碎带往往控制区域的地质灾害特征。随着我国交通基建投资规模的不断扩大，长大深埋隧道数量逐渐增多，而施工过程中不可避免地会穿越断层破碎带地层，该类地层岩体的显著特征是破碎、松散、裂隙发育，局部区域地下水丰富，极易导致隧道大变形、涌水、塌方等工程地质灾害，给隧道安全高效掘进带来了巨大挑战。
穿越不良地质体是隧道建设的控制性工程。一方面，采用单一的处理方式往往并不能很好的解决这一问题，例如在复杂断层破碎带区域，采用单一的柔性衬砌，其施作的时机因断层情况而不易确定，易出现断层无（少）约束大变形，从而无法施作柔性衬砌导致隧道破坏；采用单一的注浆加固，在隧道穿越多级断层破碎带时，施工扰动会再次引起水土物质的运移，极易造成隧道突水涌泥、支护结构失效破坏，从而引发工程灾害事故等；采用加强的锚杆锚索支护，由于其变形不能适应大范围断层的超米级变形要求导致支护体系失效；另一方面，断层破碎带的影响存在一定的范围限制，即不同影响范围内的围岩特征也不尽相同，采用固定组合的处理方式同样不能满足针对不同围岩特征的支护需求，容易形成过度处理进而造成资源浪费，或者效果不足进而发生安全事故。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种隧道围岩变形综合治理方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种隧道围岩变形综合治理方法，所述综合治理方法包括：
步骤S1：采用超前地质探测，结合已有勘探资料分析确定隧道掘进区域内的断层破碎带发育情况，并划分断层影响区，所述断层影响区包括无-弱影响区、弱-中影响区、中-强影响区；
步骤S2：根据断层的中-强影响区发育情况判断是否要对断层破碎带进行宏观预紧固处理；
步骤S3：隧道掘进，并根据隧道工作面与所述断层影响区的位置关系，在隧道内采用不同的开挖补偿技术组合对隧道围岩进行支护处理。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述宏观预紧固处理的措施为巨型NPR锚索技术；
所述步骤S2具体为：当断层中-强影响区范围大于、等于可控范围时，在隧道外采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述步骤S2具体为：当断层中-强影响区范围大于、等于可控范围且隧道为浅埋隧道时，在隧道外的地表区域采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理；断层中-强影响区范围大于、等于可控范围且隧道为深埋隧道时，在隧道外的地下区域采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，步骤S3包括：
隧道掘进至断层无-弱影响区时，采用NPR锚杆及钢拱架相结合的开挖补偿技术组合；
隧道掘进至断层弱-中影响区时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、钢拱架相结合的开挖补偿技术组合；
隧道掘进至断层中-强影响区时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、NPR锚网、耦合桁架相结合的开挖补偿技术组合。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，当断层破碎带为富水断层破碎带时，需对断层破碎带进行超前注浆加固处理。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，步骤S3包括：
隧道工作面位于断层中-强影响区范围外一定距离时停止推进，采用双梯度超前注浆技术对断层中-强影响区内隧道围岩进行加固处理。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述综合治理方法还包括：
步骤S4：采用多源信息监测技术对隧道围岩及支护结构的受力、形变情况进行监测。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述多源信息监测技术包括：
感知模块：用于采集隧道围岩及支护结构的力学、形变数据；
传输模块：将感知模块采集到的数据传输至中心模块；
中心模块：用于存储感知模块采集到的数据，并进行数据处理；
输出模块：用于显示经中心模块处理后的数据信息。
如上所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述感知模块包括轴力计、多点位移计、应变计。
如上任一所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，优选地，所述隧道掘进采用三台阶开挖法。
与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
1、通过划分断层影响区域，对隧道内的开挖补偿技术，依据断层分区合理组合，同时还根据断层中-强影响区发育情况，设置隧道外的宏观预紧固措施，隧道外与隧道内的围岩变形治理方法相结合，共同形成一种针对隧道围岩变形综合处理方法，以实现对隧道围岩经济、高效的防护、治理；
2、综合考虑断层发育情况，对于可能存在的富水断层破碎带还引入超前注浆加固措施，以提高隧道围岩强度及完整性，减少了地下水及不稳定围岩对隧道施工带来的不利影响，还为隧道内或者隧道外的围岩变形处理措施实时提供良好的施工基础。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种隧道围岩变形综合治理方法流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的断层影响区划分示意图；
图3为根据本申请的一些实施例提供的断层无-弱影响区隧道围岩开挖补偿技术组合结构示意图；
图4为根据本申请的一些实施例提供的断层弱-中影响区隧道围岩开挖补偿技术组合结构示意图
图5为根据本申请的一些实施例提供的断层中-强影响区隧道围岩开挖补偿技术组合结构示意图；
图6为根据本申请的一些实施例提供的一种巨型NPR锚索布设示意图。
附图标记说明：
1、断层破碎带；2、无-弱影响区；3、弱-中影响区；4、中-强影响区；5、初支层；6、衬砌层；7、NPR长锚索；8、NPR短锚索；9、NPR锚杆；10、巨型NPR锚索；11、隧道；12、钢拱架；13、耦合桁架；14、第一梯度增强围岩；15、第二梯度增强围岩。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二/第三”仅仅是区别类似的对象，不代表对对象的特定排序，可以理解地，“第一/第二/第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本公开实施例的目的，不是旨在限制本公开。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面结合附图的图1至图6对本发明的一种隧道11围岩变形综合治理方法进一步详细说明。
一种隧道11围岩变形综合治理方法，综合治理方法包括：
步骤S1：采用超前地质探测，结合已有勘探资料分析确定隧道11掘进区域内的断层破碎带1发育情况，并划分断层影响区，断层影响区包括无-弱影响区2、弱-中影响区3、中-强影响区4；
步骤S2：根据断层的中-强影响区4发育情况判断是否要对断层破碎带1进行宏观预紧固处理；
步骤S3：隧道11掘进，并根据隧道11工作面与断层影响区的位置关系，在隧道11内采用不同的开挖补偿技术组合对隧道11围岩进行支护处理。
在本发明的具体实施例中，隧道11围岩变形综合治理方法具体包括隧道11内的开挖补偿技术组合与隧道11外的宏观预紧固处理措施。
步骤S1中，超前地质探测方法具体包括超前钻探、声发射、地温探测、地球物理勘探等，结合已有勘探资料反演分析，确定隧道11所穿断层破碎带1的具体位置及规模大小，确定断层破碎带1发育情况并划分断层影响区的方法具体包括：
步骤S11：根据岩心资料统计裂缝参数，建立断层破碎带1地质模式；
步骤S12：根据测井资料研究垂向断层破碎带1变化范围以及相应速度变化趋势，通过正演模拟分析断层核部与诱导裂缝带的地震响应特征，确定合适的层位追踪方法；
步骤S13：选取对断层和裂缝敏感的地震属性识别断层破碎带1内部结构；
步骤S14：总结有效识别方法，确定断层破碎带1内部结构；
根据以上步骤方法分析得出断层破碎带1的断层内核带、诱导裂缝带及原状地层带，其中由于断层内核带分布范围较小，诱导裂缝带范围变化很大，且断层内核带及诱导裂缝带内围岩破碎程度较高，裂缝发育丰富，将断层内核带及裂缝发育带统一划分为断层中-强影响区4，并以断层中-强影响区4的发育情况判断是否需要对断层破碎带1进行宏观预紧固处理，根据隧道11工作面至诱导裂缝带距离划分断层无-弱影响区2、弱-中影响区3，具体地，将隧道11工作面至诱导裂缝带之间5-10倍的隧道11洞径范围划分为断层弱-中影响区3，将隧道11工作面至诱导裂缝带10倍隧道11洞径以外的范围划分为断层无-弱影响区2。
在本发明的其他实施例中，仅根据断层破碎带1及隧道11围岩裂缝发育程度划分断层无-弱影响区2、弱-中影响区3、中-强影响区4。
宏观预紧固处理的措施为巨型NPR锚索10技术；
步骤S2具体为：当断层中-强影响区4范围大于、等于可控范围时，在隧道11外采用巨型NPR锚索10技术对断层破碎带1进行预紧固处理。
在本发明的具体实施例中，巨型NPR锚索10是由NPR冷轧带肋钢筋在锻造过程中加入NPR微小单元制成，具有高恒阻、高屈服的物理特性，能够适应工程岩体大变形、用于吸收岩体变形能量并提供高预应力，恒阻力常规可达300t，变形量常规可达到2000-4000mm，单根巨型NPR锚索10预紧力常规为280t，锚索长度在60-100m之间，根据施工需求，锚索长度也可以自由调整。
当断层中-强影响区4范围大于、等于可控范围时，通过施工巨型NPR锚索10对断层破碎带1进行三维缝合，达到紧固断层破碎带1，提高隧道11围岩稳定性的作用，具体地，在隧道11周围空间或者是较远区域布设巨型NPR锚索10，大致沿隧道11设计方向穿过断层中-强影响区4，并水泥砂浆或纤维混凝土锚固至稳定岩层；通过张拉设备对巨型NPR锚索10施加高预紧力，使得断层中-强影响区4处于压紧状态，以增大断层破碎带1的抗剪强度，提高隧道11围岩完整性，当断层发生错动时，断层错动产生的能量被巨型NPR锚索10通过形变吸收，以避免隧道11围岩发生超米级大变形；在巨型NPR锚索10端部安装监测设备，以实时监测巨型NPR锚索10的受力状态，间接判断层运动情况，实现对穿断层破碎带1隧道11的安全监测。可控范围设置为3倍的隧道11洞径。
在本发明的其他实施例中，采用具有弹性吸能特性的材料对巨型NPR锚索10进行锚固，弹性吸能材料可为采用修复胶黏剂和混凝土材料复合形成的可修复混凝土，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能。
在本发明的其他实施例中，当断层中-强影响区4整体裂隙发育程度大于、等于可控值时，在隧道11外采用巨型NPR锚索10技术对断层破碎带1进行预紧固处理。
步骤S2具体为：当断层中-强影响区4范围大于、等于可控范围且隧道11为浅埋隧道11时，在隧道11外的地表区域采用巨型NPR锚索10技术对断层破碎带1进行预紧固处理；断层中-强影响区4范围大于、等于可控范围且隧道11为深埋隧道11时，在隧道11外的地下区域采用巨型NPR锚索10技术对断层破碎带1进行预紧固处理。
在本发明的具体实施例中，当隧道11穿断层中-强影响区4的一段为浅埋隧道11段时，从地表直接钻孔或者从地表开挖一定空间区域后，进行巨型NPR锚索10布设；当隧道11穿断层中-强影响区4一段为深埋隧道11段时，先进行隧道11开挖，当隧道11开挖至断层中-强影响区4前方一定距离时，沿隧道11横向开挖施工耳洞，再从施工完成耳洞沿隧道11轴向钻孔，进行巨型NPR锚索10的布设。进行巨型NPR锚索10布设时，以断层中-强影响区4位于巨型NPR锚索10中部为准。
步骤S3包括：
隧道11掘进至断层无-弱影响区2时，采用NPR锚杆9及钢拱架12相结合的开挖补偿技术组合；
隧道11掘进至断层弱-中影响区3时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、钢拱架12相结合的开挖补偿技术组合；
隧道11掘进至断层中-强影响区4时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、NPR锚网、耦合桁架13相结合的开挖补偿技术组合。
在本发明的具体实施例中，
断层无-弱影响区2属于断层影响的过渡区，通过常规支护措施，即可应对断层无-弱影响区2可能带来的围岩变形。当隧道11掘进至断层无-弱影响区2时，先对开挖完成的隧道11围岩进行一次混凝土喷涂处理得到初支层5，待混凝土凝结完成后，沿隧道11周向，按照一定间隔均匀钻孔并布设锚杆，施加一定预紧力后完成锚固，在完成钢拱架12架设后二次喷涂混凝土得到衬砌层6，其中钢拱架12被浇筑在二次喷涂的混凝土中，钢拱架12与隧道11围岩之间留有200-300mm的间距，用于围岩变形能的释放。锚杆具体为4m长的NPR锚杆9，周向布设间距为1.0~1.5m，沿隧道11纵向布设间距为1-1.2m（随隧道11钢拱架12间距而调整）；钢拱架12沿隧道11纵向的布设间距为0.6-1.0m，钢拱架12通过4m长的锁脚锚管斜插锁固在隧道11围岩，其中锁脚锚管的斜插角为30-45°；
当隧道11掘进至断层弱-中影响区3时，对开挖完成的隧道11围岩进行一次混凝土喷涂处理得到混凝土初支层5，待混凝土凝结完成后，沿隧道11周向，按照一定间隔均匀钻孔并布设长、短锚索，同一周向布设的锚索长度相同，不同长度的锚索沿隧道11轴向呈梅花桩形交替布设，沿隧道11轴向的布设间距为1-1.2m（随隧道11钢拱架12间距而调整）；长、短锚索组合支护中，短锚索通过限制隧道11近区围岩的膨胀变形和破裂面的发展，减少了岩石碎胀变形和裂缝的进一步破坏，并在隧道11附近围岩中形成具有一定承载能力的加固组合拱结构，有效加强围岩的整体性和稳定性；长锚索一方面控制加固组合拱之外围岩的变形，另一方面将加固组合拱结构悬吊于远区稳定岩体，使近、远区围岩协调变形。针对断层弱-中影响区3可能发生的米级大变形，需采用长、短NPR锚索组合支护。
由于隧道11围岩松动圈常规分布在隧道11外侧6m范围内，长锚索具体设置为8m长的NPR长锚索7，NPR长锚索7长度以锚固至隧道11深部稳定围岩层为准，短锚索具体设置为6.5m长的NPR短锚索8，NPR短锚索8需位于隧道11围岩松动圈以内，以隧道11围岩松动圈范围的80%为准，具体为5m；待锚索周向布设完成后，采用W型钢带沿隧道11周向布设，具体地，W型钢带为弧形带状结构，W型钢带沿隧道11周向套设在若干长/短NPR锚索末端，即沿隧道11径向，若干长/短NPR锚索穿过W型钢带后，伸入隧道11围岩上的钻孔深处进行锚固，W型钢带在隧道11周向上，将位于同一横截面上的若干长/短NPR锚索连接成一个整体，以加强长、短锚索组合支护的支护效果。W型钢带沿隧道11轴向分布同NPR锚索分布一致。
长/短NPR锚索锚固完成后进行钢拱架12的架设与二次混凝土的喷涂，钢拱架12的架设与二次混凝土的喷涂方法及参数要求同断层无-弱影响区2中一致，在此不再进行赘述。
当隧道11掘进至断层中-强影响区4时，同样先对隧道11围岩进行一次混凝土喷涂得到混凝土初支层5，然后再进行长、短NPR锚索的组合支护施工，与断层弱-中影响区3施工方法一致，在此不再进行赘述，长、短NPR锚索伸入钻孔后，在长、短NPR锚索末端挂设NPR锚网，NPR锚网将隧道11周向及隧道11轴向一定范围内的长、短NPR锚索连接呈一个整体，其次在沿隧道11周向施工W型钢带，具体地，长、短NPR锚索依次穿过W型钢带、NPR锚网后伸入隧道11围岩内的钻孔深处进行锚固，W型钢带及NPR锚网紧贴隧道11内壁。
长、短NPR锚索锚固完成后，在断层弱-中影响区3进行耦合桁架13的架设与二次混凝土的喷涂，耦合桁架13具体为采用NPR材料支撑的双层立体桁架，包括仰拱段与上供段，仰拱段与上拱段两端采用连接板和高强螺栓进行连接，进而组合形成双层立体环状结构，具有较强的稳定性、抗弯、抗压及抗扭性能，对隧道11围岩起到刚性隔离的作用，双层立体桁架沿隧道11轴向、径向分别通过T型构件、H型构件焊接固定，同时采用螺纹钢斜向焊接固定。耦合桁架13可沿自身周向采用分段组装，耦合桁架13相连分段之间通过连接板与高强螺栓连接，其中连接板设有通孔，便于螺栓固定。
断层中-强影响区4的围岩具有较强的膨胀性和崩解性，围岩变形量可达超米级，往往会导致传统支护体系的失效，例如钢拱架12扭曲和破断、二衬开裂、仰拱隆起等。因此，依托刚性支护理念，需配合采用抗弯、抗压和抗扭性能优异的耦合桁架13控制技术，破解膨胀性和崩解性的围岩超米级大变形的难题。
当断层破碎带1为富水断层破碎带1时，隧道11围岩整体性、强度、刚度丧失，进而导致锚固层承载失效，无法为锚索/锚杆提供有效锚固力，进而影响锚固效果，甚至在隧道11掘进时，还可能由于顶板/掌子面围岩突水进而发生安全事故，因此需对断层破碎带1进行超前注浆加固处理。
步骤S3包括：
隧道11工作面位于断层中-强影响区4范围外一定距离时停止推进，采用双梯度超前注浆技术对断层中-强影响区4内隧道11围岩进行加固处理。
双梯度超前注浆技术具体需进行两次注浆操作，其中第一次采用粗粒径注浆材料，进行低压注浆，第二次采用细粒径注浆材料，在第一次注浆钻孔基础上，加深钻孔进行原位的二次高压注浆。在低压、粗粒径注浆主要利用浆液传压的特性，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，使地层中原有的孔隙或裂隙扩张或形成新的裂缝或孔隙，然后再进行高压、细粒径二次注浆，利用细粒径浆液良好的流动性，在高压力的驱动下，使得细粒径颗粒填充至围岩扩充的孔隙和裂隙中，从而在根本上改变富水断层破碎带1内的隧道11围岩性能，提高强度，同时通过双梯度超前注浆技术将围岩裂隙填充，形成一圈隔水层，避免富水断层破碎带1突泥涌水的危害。粗粒径注浆材料选用水泥砂浆，细粒径注浆材料选用超细水泥浆。
在本发明的具体实施例中，由于断层中-强影响区4包括断层内核带及诱导裂缝带，断层富水性在原状地层带并没有主要体现，因此针对断层中-强影响区4的隧道11围岩进行超前注浆加固处理即可满足施工需求，具体地，首选根据断层中-强影响区4内隧道11围岩裂隙发育情况，确定注浆孔的间距及注浆材料；在距离沿隧道11工作面推进方向探测到的断层中-影响区的边界一定距离时停止推进，在隧道11围岩进行低压注浆孔的超前钻孔，低压注浆孔沿隧道11围岩侧部和顶部均匀分布且有一定的倾斜，具体地，低压注浆孔沿隧道11周向，向着掌子面前进方向呈伞状分布，之后根据设计的注浆压力进行填充注浆，孔口溢出浆液后暂停注浆，并将孔口封闭进行稳压后结束注浆，从而形成第一梯度增强围岩14，其中，首次布设的低压注浆孔末端沿隧道11推进方向的注浆范围至少覆盖隧道11掌子面围岩与断层中-强影响区4间的区域，以及下一低压注浆孔的注浆范围与上一低压注浆孔的注浆范围需保持一定的搭接区域，以实现对断层中-影响区内隧道11围岩的多重补强；待第一次注浆的浆液凝固后，对首次低压注浆孔进行原位加深以得到首次高压注浆孔，采用劈裂注浆的方式，通过高压注浆孔进行二次注浆，得到位于第一梯度增强围岩14外围的第二梯度增强围岩15，在注浆结束后对围岩注浆质量进行声波探测，以检测注浆质量。后续锚索施作需避开注浆孔位置。
由于断层中-强影响区4采用长、短NPR锚索组合的开挖补偿技术，根据首次低压注浆孔至断层中-强影响区4内首根NPR短锚索8距离、NPR短锚索8长度，确定低压注浆孔的长度及角度；根据首次高压注浆孔至断层中-强影响区4内首根NPR长锚索7距离、NPR长锚索7长度，确定高压注浆孔的长度及角度。具体地，在隧道11围岩顶部、侧部，沿一定的外插角向掌子面前进方向进行钻孔注浆孔，外插角度为10-15°，第一梯度增强围岩14的注浆压力为0.5-1.0 MPa，第二梯度增强围岩15的注浆压力为6-10 MPa。
在本发明的其他实施例中，当隧道11穿断层中-强影响区4的一段为浅埋隧道11段时，可从地表地下钻设注浆孔，对断层中-强影响区4内的隧道11围岩进行超前注浆加固处理；当隧道11穿断层中-强影响区4的一段为深埋隧道11段时，在隧道11内钻设注浆孔，对断层中-强影响区4内的隧道11围岩进行超前注浆加固处理。
综合治理方法还包括：
步骤S4：采用多源信息监测技术对隧道11围岩及支护结构的受力、形变情况进行监测。
针对断层中-强影响区4围岩极破碎的极端工况，采用多源信息监测技术，建立了一套综合监测预警系统，实现了空-地一体化的多尺度多源监测预警，依托监测信息，可对支护体系进行动态优化，使得隧道11围岩支护的安全性和经济性得到保证。
多源信息监测技术包括：
感知模块：用于采集隧道11围岩及支护结构的力学、形变数据；
传输模块：将感知模块采集到的数据传输至中心模块；
中心模块：用于存储感知模块采集到的数据，并进行数据处理；
输出模块：用于显示经中心模块处理后的数据信息。
在本发明的具体实施例中，传输模块利用GPRS及北斗卫星技术，将感知模块采集到的数据传输至中心模块，中心模块将感知模块采集到的数据存储到服务器中，并通过云计算进行数据处理，处理完成传输至移动端或者PC端进行显示。
感知模块包括轴力计、多点位移计、应变计。
在本发明的具体实施例中，轴力计具体安装在锚索末端监测锚索受力，多点位移计具体安装在隧道11拱顶、拱腰共计三处位置，应变计具体安装在钢拱架12/耦合桁架13拱顶、拱腰、拱肩以及仰拱段中部的背后位置。
隧道11掘进采用三台阶开挖法。
在本发明的具体实施例中，以富水断层破碎带1的中-强影响区4内的隧道11掘进为例，上台阶开挖完成后，首先进行双梯度超前注浆，然后在隧道11围岩表面喷射混凝土层，接着进行长、短NPR锚索施工作业，并在施工完成后立即施加预紧力，再进行配套的NPR锚网及W型钢带套设后完成锚固；中台阶和下台阶开挖完成之后，在隧道11围岩表面喷射混凝土层，紧接着进行长、短NPR锚索、NPR锚网及W型钢带作业，并完成中、下台阶的长、短NPR锚索锚固，当上、中、下台阶的长、短NPR锚索均锚固完成后，立即在隧道11表面架设耦合桁架13，耦合桁架13与隧道11围岩之间应预留200-300mm的间距，用于围岩变形能的释放；耦合桁架13和围岩之间通过大锁脚锚管固定，当钢拱架12或耦合桁架13稳定后，再次浇筑混凝土形成永久支护，混凝土厚度为500-800mm，将耦合桁架13浇筑在内。
在本发明的其他实施例中，隧道11掘进还可采用三台阶七步开挖法，或者根据隧道11工作面与断层影响区的位置关系，结合隧道11围岩特征采用全断面开挖、二台阶开挖、三台阶开挖等多种开挖方式组合进行掘进。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述综合治理方法包括：
步骤S1：采用超前地质探测，结合已有勘探资料分析确定隧道掘进区域内的断层破碎带发育情况，并划分断层影响区，所述断层影响区包括无-弱影响区、弱-中影响区、中-强影响区；
步骤S2：根据断层的中-强影响区发育情况判断是否要对断层破碎带进行宏观预紧固处理；
步骤S3：隧道掘进，并根据隧道工作面与所述断层影响区的位置关系，在隧道内采用不同的开挖补偿技术组合对隧道围岩进行支护处理；
所述断层破碎带包括断层内核带、诱导裂缝带及原状地层带，将断层内核带及诱导裂缝带统一划分为断层中-强影响区，根据隧道工作面至诱导裂缝带距离划分断层无-弱影响区、弱-中影响区；
所述宏观预紧固处理的措施为巨型NPR锚索技术；
所述步骤S2具体为：当断层中-强影响区范围大于、等于可控范围时，在隧道外采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理；
当断层破碎带为富水断层破碎带时，需对断层中-强影响区的隧道围岩进行超前注浆加固处理。
2.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：当断层中-强影响区范围大于、等于可控范围且隧道为浅埋隧道时，在隧道外的地表区域采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理；断层中-强影响区范围大于、等于可控范围且隧道为深埋隧道时，在隧道外的地下区域采用巨型NPR锚索技术对断层破碎带进行预紧固处理。
3.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，步骤S3包括：
隧道掘进至断层无-弱影响区时，采用NPR锚杆及钢拱架相结合的开挖补偿技术组合；
隧道掘进至断层弱-中影响区时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、钢拱架相结合的开挖补偿技术组合；
隧道掘进至断层中-强影响区时，采用长、短NPR锚索组合及W型钢带、NPR锚网、耦合桁架相结合的开挖补偿技术组合。
4.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，步骤S3包括：
隧道工作面位于断层中-强影响区范围外一定距离时停止推进，采用双梯度超前注浆技术对断层中-强影响区内隧道围岩进行加固处理。
5.根据权利要求1所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述综合治理方法还包括：
步骤S4：采用多源信息监测技术对隧道围岩及支护结构的受力、形变情况进行监测。
6.根据权利要求5所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述多源信息监测技术包括：
感知模块：用于采集隧道围岩及支护结构的力学、形变数据；
传输模块：将感知模块采集到的数据传输至中心模块；
中心模块：用于存储感知模块采集到的数据，并进行数据处理；
输出模块：用于显示经中心模块处理后的数据信息。
7.根据权利要求6所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述感知模块包括轴力计、多点位移计、应变计。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种隧道围岩变形综合治理方法，其特征在于，所述隧道掘进采用三台阶开挖法。
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