專利名稱：一種確定隧道洞室施工尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種確定隧道洞室施工尺寸的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國公路隧道、鐵路隧道建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，新奧法建設(shè)隧道的理念已越來越被隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員所接受。其精髓是要合理利用圍巖的自承載能力，利用監(jiān)控量測(cè)，進(jìn)行適時(shí)支護(hù)，以節(jié)省造價(jià)。大家知道，隧道及地下洞室施工的核心技術(shù)可以歸結(jié)在開挖和支護(hù)兩個(gè)關(guān)鍵工序，即如何開挖，才能更有利于洞室的穩(wěn)定；如何支護(hù)才能更有效的保證洞室穩(wěn)定和便于下一步開挖。然而，現(xiàn)有隧道施工雖然在思想上在貫徹新奧法的精髓， 但在實(shí)際操作上并沒有根據(jù)實(shí)際圍巖的特點(diǎn)來進(jìn)行，如針對(duì)不同的地質(zhì)條件，隧道洞室施工尺寸確定的隨意性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的過于保守，出于安全角度，有時(shí)完全忽略了圍巖的承載能力，雖表面遵從新奧法理念，但實(shí)際上與新奧法理念相背離，造成了人力和財(cái)力的浪費(fèi)。因此，針對(duì)不同的地質(zhì)條件，理清圍巖在不同洞形條件下的受力破壞機(jī)理，采取不同措施，確定洞室的施工尺寸，合理利用圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力，是當(dāng)前隧道建設(shè)與科研工作者急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種方法來針對(duì)不同的地質(zhì)條件，理清圍巖在不同洞形條件下的受力破壞機(jī)理，采取不同措施，確定洞室的施工尺寸，合理利用圍巖結(jié)構(gòu)的承載能力等缺點(diǎn)，提出一種確定隧道洞室施工尺寸的實(shí)用方法。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種確定隧道洞室施工尺寸的方法，該方法包括以下步驟采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力，確定隧道所穿越地層的巖體天然水平應(yīng)力Ohav及鉛垂應(yīng)力oh，按公式U = Ohav/Oh計(jì)算天然應(yīng)力比值系數(shù)；結(jié)合天然應(yīng)力比值系數(shù)，查閱天然應(yīng)力比值系數(shù)與地下洞室軸比的關(guān)系曲線，即隧道施工尺寸包絡(luò)線曲線圖(詳見圖2)，獲得施工尺寸比值n范圍；結(jié)合隧道所在位置處圍巖的質(zhì)量、隧道設(shè)計(jì)斷面的凈空、隧道施工所用工法以及所用的裝渣機(jī)械，初步確定施工隧洞的豎直向半軸尺寸n ；根據(jù)施工隧洞豎直向半軸尺寸，按下列方式計(jì)算施工隧洞水平向半軸尺寸m。進(jìn)一步，采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力首先是測(cè)點(diǎn)布置問題(1)盡量選擇在完整或較完整的巖體內(nèi)，遠(yuǎn)離斷層、破碎帶以及裂隙發(fā)育帶；(2)遠(yuǎn)離或避免布置在采空區(qū)大空洞位置處；(3)盡量避免布置在巖體受到擾動(dòng)的區(qū)域，即應(yīng)力集中區(qū)或應(yīng)力釋放區(qū)。進(jìn)一步，采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力的測(cè)試過程(I)在巖體中打打孔至待測(cè)區(qū)，然后在大孔孔底中心鉆一同軸小孔；(2)在小孔中安裝空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)；(3)用巖石套鉆套取巖芯，記錄應(yīng)力計(jì)探頭讀數(shù)；(4)取出巖芯測(cè)取巖石彈性模量和泊松比；(5)將測(cè)點(diǎn)位置參數(shù)，鉆孔方位、泊松比、彈性模量輸入地應(yīng)力計(jì)算軟件，計(jì)算天然應(yīng)力的大小和方向。進(jìn)一步，通過隧道施工尺寸包絡(luò)線圖確定的隧道施工尺寸，使得圍巖在應(yīng)力重分布過程中始終處于一個(gè)合理的受力狀態(tài)，即圍巖不受或少受拉力和彎矩，充分利用圍巖的承載力。進(jìn)一步,按下式計(jì)算施工隧洞水平向半軸尺寸m:
權(quán)利要求
1.一種確定隧道洞室施工尺寸的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力，確定隧道所穿越地層的巖體天然水平應(yīng)力Ohav及鉛垂應(yīng)力0h，按公式y(tǒng) = Ohav/ Oh計(jì)算隧道穿越地層的天然應(yīng)力比值系數(shù)； 結(jié)合天然應(yīng)力比值系數(shù)，查閱天然應(yīng)力比值系數(shù)與地下洞室軸比的關(guān)系曲線，即隧道施工尺寸包絡(luò)線曲線圖，獲得施工尺寸比值n范圍； 結(jié)合隧道所在位置處圍巖的質(zhì)量、隧道設(shè)計(jì)斷面的凈空、隧道施工所用工法以及所用的裝渣機(jī)械，初步確定施工隧洞的豎直向半軸尺寸n ； 初步確定的施工隧洞豎直向半軸尺寸n,計(jì)算施工隧洞水平向半軸尺寸m,確定施工斷面的合理尺寸。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力首先是測(cè)點(diǎn)布置問題(I)盡量選擇在完整或較完整的巖體內(nèi)，遠(yuǎn)離斷層、破碎帶以及裂隙發(fā)育帶；(2)遠(yuǎn)離或避免布置在采空區(qū)大空洞位置處；(3)盡量避免布置在巖體受到擾動(dòng)的區(qū)域，即應(yīng)力集中區(qū)或應(yīng)力釋放區(qū)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，采用空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)測(cè)量天然應(yīng)力的測(cè)試過程(1)在巖體中打打孔至待測(cè)區(qū)，然后在大孔孔底中心鉆一同軸小孔；(2)在小孔中安裝空芯包體三軸地應(yīng)力計(jì)；(3)用巖石套鉆套取巖芯，記錄應(yīng)力計(jì)探頭讀數(shù)；(4)取出巖芯測(cè)取巖石彈性模量和泊松比；(5)將測(cè)點(diǎn)位置參數(shù)，鉆孔方位、泊松比、彈性模量輸入地應(yīng)力計(jì)算軟件，計(jì)算天然應(yīng)力的大小和方向。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過隧道施工尺寸包絡(luò)線圖確定的隧道施工尺寸，使得圍巖在應(yīng)力重分布過程中始終處于一個(gè)合理的受力狀態(tài)，即圍巖不受或少受拉力和彎矩，充分利用圍巖的承載力。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，按下式計(jì)算施工隧洞水平向半軸尺寸m: krjn ju>l m-\ n ju-\ Tjn I k "<1 式中k為考慮隧道所處位置初始應(yīng)力狀態(tài)分布及巖體質(zhì)量好壞的一個(gè)量，可取I. 05 I.5，巖體質(zhì)量好時(shí)可取低值，差時(shí)可取高值。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，據(jù)地質(zhì)勘察資料及現(xiàn)場(chǎng)天然應(yīng)力量測(cè)，可確定隧道所穿越地層的天然應(yīng)力比值系數(shù)U。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，結(jié)合隧道所在位置處圍巖的質(zhì)量、隧道設(shè)計(jì)斷面的凈空、隧道施工所用工法以及所用的裝渣機(jī)械，初步確定施工隧洞的豎直向半軸尺寸n具體實(shí)現(xiàn)步驟為 (I)對(duì)于采用臺(tái)階法施工的隧道，上臺(tái)階施工的高度不小于其跨度的0.3倍，其豎直向半軸尺寸n可取2. 5 4. 5m，其中，圍巖好時(shí)取大值，圍巖差時(shí)取低值；(2)對(duì)于單側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的隧道，側(cè)壁導(dǎo)坑初步尺寸確定原則高度以設(shè)計(jì)斷面到邊墻起拱線為宜，寬度不超過0. 5倍的隧洞設(shè)計(jì)寬度；(3)對(duì)于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，兩側(cè)導(dǎo)坑尺寸確定原則高度以設(shè)計(jì)斷面到邊墻起拱線為宜，寬度不超過0. 4倍的隧洞設(shè)計(jì)寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定隧道洞室施工尺寸的方法，首先確定隧道所處位置的巖體天然水平應(yīng)力σhav及鉛垂應(yīng)力σh，確定天然應(yīng)力比值系數(shù)；確定隧道所處位置的巖體天然水平應(yīng)力σhav及鉛垂應(yīng)力σh，確定天然應(yīng)力比值系數(shù)μ＝σhav/σh；查隧道施工尺寸包絡(luò)線曲線圖，獲得施工尺寸比值η范圍；初步確定施工隧洞的豎直向半軸尺寸n；計(jì)算施工隧洞水平向半軸尺寸m。本發(fā)明所獲得的隧道洞室施工尺寸，能使圍巖結(jié)構(gòu)最大限度的適應(yīng)由于地下洞室開挖造成的天然應(yīng)力重分布變化，使圍巖結(jié)構(gòu)在重分布過程中受力合理，積極發(fā)揮圍巖自身的承載能力。該方法簡單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，在體現(xiàn)圍巖結(jié)構(gòu)受力特性理論依據(jù)的同時(shí)，也大大降低了對(duì)設(shè)計(jì)、施工人員素質(zhì)的要求，并且能大大的降低隧道洞室開挖支護(hù)成本。
文檔編號(hào)E21D9/14GK102733817SQ20121019974
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者劉建, 張寶玉, 張昶, 徐基立, 楊凡, 沈小俊, 熊衛(wèi)士, 高飛, 黃明奎 申請(qǐng)人:重慶交通建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司