CN210003292U - 高应力软岩隧洞大变形超前释放结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一了种高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，对于隧洞掌子面前方的岩体强度/初始地应力低于0.15的区域，在隧洞的设计轮廓范围内开挖前导洞，所述前导洞的宽度4‑5米，高度2.5‑3米。本实用新型能够主动释放掌子面前方可能产生的软岩大变形，改变以往依靠支护抵抗大变形的被动局面，可以有效控制软岩大变形的发生，有效改善围岩的恶劣应力环境，使高地应力围岩转化为低地应力围岩，进而减小围岩变形，大幅度减少隧洞支护量，提高施工进度，减少工程投资，改善隧洞建设和安全运营环境。

Description

高应力软岩隧洞大变形超前释放结构

技术领域

本实用新型涉及软岩条件下建设的隧洞（道）工程，尤其是在深埋高应力条件下易产生大变形的隧洞（道）工程。

背景技术

软岩是世界上分布最广泛的一种岩石，其中泥岩和页岩就占地球表面所有岩石的50%左右。在建筑工程、水利水电工程、铁路、道路和矿山工程等领域中都常常遇到与软岩有关的复杂技术问题。目前，隧洞工程己经向长大、深埋方向发展。各行各业越来越多的隧洞工程出现了因深埋地应力高、围岩软弱、节理裂隙发育等原因，局部洞段产生了持续大变形、塌方等现象。水电、交通等领域的隧洞工程一般开挖断面较大，断面尺寸效应使得上述现象更加明显，给隧洞设计与施工造成了很大的困难。高地应力一旦和软弱围岩相结合，开挖后洞周围岩就会受到高地应力作用，岩体被挤压就可能产生松驰、蠕变，在断面尺寸效应下，往往断面越大越容易产生塌方、大变形。

软岩隧洞产生大变形主要有地质条件和技术措施不当两方面的因素。根据软岩隧洞大变形破坏过程的特点，其开挖、支护措施通常为：在隧洞开挖前，对隧洞拱顶进行超前锚杆支护等措施，维护掌子面短期稳定性；在开挖过程中，采用短进尺、分台阶开挖方式，减少隧洞爆破开挖对围岩的影响；开挖完成后，优先采用及时的喷射混凝土等封闭围岩的措施，进而进行锚杆支护，使得锚杆与围岩共同形成承载结构并对内部围岩提供较大的支护抗力。为防止围岩流变时间过长并保持一定强度储备，滞后一段时间后注浆加固破裂岩石锚固圈层，适时施作二次支护。

近年来，国内外穿越高地应力区软弱围岩的隧洞工程不断涌现，发生围岩大变形的情况层出不穷，给设计和施工造成了很大困难，单纯依靠上述措施已经很难应对软岩大变形。

软岩隧洞大变形灾害危害程度大，主要表现为处理风险大，整治费用高，工期延误。传统的依靠支护措施去应对挤压大变形时，难以抵抗围岩挤压产生的巨大压力，导致支护失效。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，能够主动释放掌子面前方可能产生的软岩大变形，改变以往依靠支护抵抗大变形的被动局面。为此，本实用新型采用以下技术方案：

高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于对于隧洞掌子面前方的岩体强度/初始地应力低于0.15的区域，在隧洞的设计轮廓范围内开挖前导洞，所述前导洞的宽度4-5米，高度2.5-3米。

进一步地，所述前导洞的顶部与隧洞拱顶的设计轮廓基本重合。

进一步地，所述前导洞的长度不超过10米。

进一步地，所述前导洞的洞壁围岩设置支护结构

进一步地，所述支护结构采用玻璃纤维锚杆，并用钢纤维混凝土将锚杆和围岩钻孔填实粘结。

本实用新型提供了一种高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，能够主动释放掌子面前方可能产生的软岩大变形，改变以往依靠支护抵抗大变形的被动局面，可以有效控制软岩大变形的发生，有效改善围岩的恶劣应力环境，使高地应力围岩转化为低地应力围岩，进而减小围岩变形，大幅度减少隧洞支护量，提高施工进度，减少工程投资，改善隧洞建设和安全运营环境。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的纵向结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的隧洞掌子面处的横向剖视图。

图3为本实用新型实施例2的纵向结构示意图。

图4为本实用新型实施例2的隧洞掌子面处的横向剖视图。

图5为本实用新型实施例3的纵向结构示意图。

图6为本实用新型实施例3的隧洞掌子面处的横向剖视图。

具体实施方式

在施工本实用新型的超前释放结构前，先根据下表判别前方岩体变形程度，如果隧洞掌子面前方的岩体处于严重挤压变形程度，则施工设置本实用新型的超前释放结构。

挤压程度	岩体强度/初始地应力
		无挤压	>0.35
轻微	0.2～0.35
		中等	0.15～0.2
严重	<0.15

参照附图1、2。对于隧洞掌子面101前方的岩体强度/初始地应力低于0.15的区域，在隧洞100的设计轮廓范围内开挖前导洞1，所述前导洞的宽度4-5米，高度2.5-3米。前导洞1太小可能造成变形释放太少，围岩变形控制效果不明显，太大则可能造成变形释放过量，使得主洞（隧洞100）开挖导致的围岩变形出现不减反增的情况，合适大小的前导洞1，还能够便于进行前导洞内支护施工。前导洞1长度一般不超过10m，以保证前导洞1内支护的及时性。前导洞1内的支护结构2可设置在前导洞1的拱顶部位，可采用玻璃纤维锚杆，并用钢纤维混凝土将锚杆和围岩钻孔填实粘结。

前导洞位置可以分为上导洞、中导洞和下导洞等多个方案，优选采用本实施例的上导洞方案，所述前导洞1的顶部与隧洞拱顶的设计轮廓102基本重合。因为顶拱一般处于应力集中区域，变形较大，并且上导洞可以直接揭示出主洞的顶拱，减少主洞开挖量。

前导洞开挖支护完成，待岩体变形释能、稳定后，在后续的隧洞开挖，可按照原设计轮廓跟进扩挖至前导洞掌子面11位置，由于前导洞已经超前释放了部分变形，因此能够保证隧洞的围岩产生较小的挤压变形，确保隧洞开挖达到设计轮廓线。

参照图3、4，图3、4所示的为中导洞方案，所述前导洞1处在隧洞设计轮廓的中部，该前导洞1的宽度4-5米，高度2.5-3米。该前导洞1长度不超过10m，该前导洞1内的支护结构2可设置在前导洞1的顶部，可采用玻璃纤维锚杆，并用钢纤维混凝土将锚杆和围岩钻孔填实粘结。该方案同样可以起到隧洞岩体变形的提前释放和稳定岩体的作用，保证隧洞的围岩产生较小的挤压变形，确保隧洞开挖达到设计轮廓线。

参照图5、6，图5、6所示的为下导洞方案，所述前导洞1处在隧洞设计轮廓的下部，该前导洞1的宽度4-5米，高度2.5-3米。该前导洞1的底部与隧洞底板的设计轮廓103基本重合，可以减少后续隧洞开挖的施工量。该前导洞1长度不超过10m，该前导洞1内的支护结构2可设置在前导洞1的顶部，可采用玻璃纤维锚杆，并用钢纤维混凝土将锚杆和围岩钻孔填实粘结。该方案同样可以起到隧洞岩体变形的提前释放和稳定岩体的作用，保证隧洞的围岩产生较小的挤压变形，确保隧洞开挖达到设计轮廓线。

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。

Claims (5)

1.高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于对于隧洞掌子面前方的岩体强度/初始地应力低于0.15的区域，在隧洞的设计轮廓范围内开挖前导洞，所述前导洞的宽度4-5米，高度2.5-3米。

2.如权利要求1所述的高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于所述前导洞的顶部与隧洞拱顶的设计轮廓基本重合。

3.如权利要求1所述的高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于所述前导洞的长度不超过10米。

4.如权利要求1所述的高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于所述前导洞的洞壁围岩设置支护结构。

5.如权利要求4所述的高应力软岩隧洞大变形超前释放结构，其特征在于所述支护结构采用玻璃纤维锚杆，并用钢纤维混凝土将锚杆和围岩钻孔填实粘结。

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