本發(fā)明涉及地下洞室施工
技術領域：
，尤其涉及一種確定大型地下洞室圍巖支護強度的方法。
背景技術：
：隨著西部水利工程、水電工程和交通工程的發(fā)展，將修建越來越多的地下工程。在西部特殊的地質和地形條件下，高地應力問題常常困擾著地下工程的設計和開挖支護施工，并可能影響到地下洞室圍巖的長期穩(wěn)定。高地應力、大跨度、復雜地下洞室群圍巖的支護設計是當前水電工程和地下工程研究的重點和難點。目前，在地下洞室圍巖的支護設計中，采用的支護方式一般為噴混凝土、預應力錨索、預應力錨桿、普通錨桿等。根據(jù)現(xiàn)有最新技術，如《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規(guī)范》GB50086–2015中，對于地下洞室圍巖的支護強度(單位面積的支護應力)通常根據(jù)圍巖類別和洞室規(guī)模等因素來確定。然而，在上述確定支護強度的過程中，并沒有考慮到圍巖地應力的影響，也沒有考慮到巖體飽和單軸抗壓強度的影響。而越來越多的實際工程經驗告訴我們，面對相同的洞室規(guī)模，相同種類的圍巖，但是當?shù)貞?或巖體飽和單軸抗壓強度不同的情況時，采用同樣的支護強度是不能滿足所有圍巖情況的。因此，在地下洞室圍巖的支護強度設計確定過程中，有必要考慮地應力的影響以及巖體飽和單軸抗壓強度的影響。另外，在文獻“基于巖石強度應力比的大型地下洞室群布置設計方法”，張勇，肖平西，程麗娟，巖石力學與工程學報，第33卷，第11期，2014年11月；中已經具體闡述了“2.3巖石強度應力比與洞室圍巖破壞模式”的關系，以及“2.4巖石強度應力比與圍巖變形特征”的關系。其中所指的巖石強度應力比正是巖體飽和單軸抗壓強度與地應力的比值大?。挥纱丝梢?，巖石強度應力比對于圍巖破壞、變形等具有非常明顯的相關性。并且，隨著巖石強度應力比指標的降低，洞室群圍巖的破壞模式逐漸由結構面控制型向復合控制型發(fā)展，直至應力因素在復合控制型中起主導作用。由此可見，當巖石強度應力比較小時，尤其有必要考慮其對圍巖支護穩(wěn)定性的影響。另外，在現(xiàn)行國家標準《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規(guī)范》GB50086-2015中，明確定義跨度大于25m的為大跨度洞室。因對中小型的地下洞室(一般指跨度小于25m)的圍巖支護，采用傳統(tǒng)方式確定的支護強度，一般可以滿足圍巖支護的要求。但是對于大型地下洞室而言，其圍巖的穩(wěn)定性在低巖石強度應力比條件時非常的不穩(wěn)定，必須足夠的支護強度才能保證圍巖的安全性，因此，僅采用傳統(tǒng)方式確定支護強度的話，很難滿足大型地下洞室的安全支護要求。因此，在這樣的情況下，有必要提出一種基于巖石強度應力比的大型地下洞室圍巖的支護強度設計確定方法。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術問題是：現(xiàn)有對地下洞室圍巖支護強度的設計確定過程中，沒有考慮到巖石強度應力比的影響，為此本發(fā)明提供一種全新的，基于巖石強度應力比的確定大型地下洞室圍巖支護強度的方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種確定大型地下洞室圍巖支護強度的方法，包括如下步驟：A、測取地下洞室圍巖所對應的飽和單軸抗壓強度R以及地應力σ；B、根據(jù)公式S＝R/σ，計算出巖石強度應力比S；C、根據(jù)公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，計算出P0大??；D、根據(jù)上述P0的大小，確定圍巖的支護強度P，并且滿足P≥P0。進一步的是：在步驟D中，當P0＜100時，取P＝100kPa；當P0≥100時，取P0≤P≤1.3P0，。進一步的是：在步驟D中，當2≤S＜3時，P的取值范圍為250～340kPa；當3≤S＜6時，P的取值范圍為120～250kPa；當6≤S時，P的取值范圍為100～120kPa。進一步的是：所述大型地下洞室圍巖采用錨桿加錨索的組合支護結構。本發(fā)明的有益效果是：在基于巖石強度應力比的基礎上，確定圍巖的支護強度，因此實現(xiàn)了將圍巖支護強度直接與巖石強度應力比相關聯(lián)，更加符合圍巖變形破壞的實際情況，更與實際工程經驗吻合。另外，本發(fā)明直接根據(jù)巖石強度應力比設計確定圍巖所需的支護強度，其設計過程更加簡單、方便；簡化了對圍巖支護強度的設計確定過程。具體實施方式本發(fā)明所述的一種確定大型地下洞室圍巖支護強度的方法，包括如下步驟：A、測取地下洞室圍巖所對應的飽和單軸抗壓強度R以及地應力σ；B、根據(jù)公式S＝R/σ，計算出巖石強度應力比S；C、根據(jù)公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，計算出P0大小；D、根據(jù)上述P0的大小，確定圍巖的支護強度P，并且滿足P≥P0。本發(fā)明是基于巖石強度應力比來確定大型地下洞室圍巖支護強度的方法，其所述大型地下洞室，是指洞室的跨度大于25m的情況。其中，對于飽和單軸抗壓強度R以及地應力σ等參數(shù)的測量，本領域技術人員可采用已知的現(xiàn)有技術實現(xiàn)，因此本發(fā)明中不再具體闡述。需要指出的是，上述飽和單軸抗壓強度R以及地應力σ，均是在圍巖上需要支護的位置進行測量，并且飽和單軸抗壓強度R是巖石強度的其中一個指標，通常在計算巖石強度應力比時采用該指標與地應力σ來計算；當然如有必要，也可采用其它巖石強度指標替換飽和單軸抗壓強度。另外，對于地應力σ的測量一般是測量初始地應力大小，或者測量二次地應力大小。本發(fā)明中的計算公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，是發(fā)明人結合實際工程經驗后歸納出的一個可以確定支護強度的具體計算方法；其P0的大小，只與圍巖的具體巖石強度應力比S相關，其中P0可大致理解為一種參照支護強度值或者一種初步確定的支護強度值。而在最終確定圍巖的支護強度P時，可以在P0的基礎上，綜合考慮其它的一些因素，例如綜合考慮圍巖類別、洞室規(guī)模以及支護的具體方式等因素最終確定；當然，也可無需綜合考慮其他因素而直接確定P的大小，如可直接確定P＝P0。不管是否考慮其它因素，最終確定的支護強度P，其至少應當滿足P≥P0的要求。另外，由于上述公式本身為經驗公式，因此本發(fā)明中對于P0和P的單位，明確定為kPa，并且該單位本身不受飽和單軸抗壓強度R的單位以及地應力σ的單位的影響。另外，為了保證足夠的支護強度，在步驟D中，具體可分為如下情況選取P值的大?。寒擯0＜100時，取P＝100kPa；當P0≥100時，取P0≤P≤1.3P0，并且滿足P≥100。其中，當P0＜100時，對應的巖石強度應力比S大于7，按照上述公式計算得到的P0較小，但是為了保證對圍巖的有效支護，因此選取P＝100kPa；而設置取P0≤P≤1.3P0的目的，則是為了避免過度支護而造成資源浪費的情況，而且，雖然本發(fā)明以巖石強度應力比S作為擬定最終P值的主要參考因素，但是在實際情況下，由于對P值的最終擬定通常還受其他眾多因素的影響，因此，通過巖石強度應力比S后給出P值一個可選的區(qū)間范圍，然后再結合其它因素最終擬定P值的確定值，這樣才更便于實際操作。并且上述給出的區(qū)間P0≤P≤1.3P0，其本身范圍已經比較小，因此對最終確定P值的大小是比較方便的。另外，本發(fā)明還可根據(jù)巖石強度應力比S的大小，首先確定出圍巖可能的破壞類型，然后再根據(jù)其破壞類型所對應的支護強度的選取范圍確定圍巖的支護強度P；另外，如果出現(xiàn)巖石強度應力比S小于2的情況時，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，不適宜修建地下廠房，因此本發(fā)明中不再考慮S小于2的情況。具體的劃分選取方式可參照下表1中所示：表1不同巖石強度應力比條件下圍巖邊墻支護強度巖石強度應力比/S圍巖破壞類型支護強度P的范圍(kPa)2≤S＜3應力控制型250～3403≤S＜6復合控制型120～2506≤S結構控制型100～120另外，本發(fā)明中，所述大型地下洞室圍巖可采用錨桿加錨索的組合支護結構來實現(xiàn)相應的支護強度效果。具體的，既是在步驟D確定支護強度P后，再按照錨桿加錨索的組合支護結構來確定具體的支護布置方案，以確保最終達到相應的支護強度P。之所以優(yōu)選采用錨索加錨桿的支護防范，是因為在常規(guī)的支護方式，如噴混凝土、掛鋼筋網、襯砌、錨桿、錨索、灌漿等支護方式中，只有錨桿和錨索，才能提供主動支護力，而其余的支護方式一般為被動的提供支護力，因此為了實現(xiàn)提供主動的“支護強度”，本發(fā)明優(yōu)選采用錨桿加錨索的組合支護結構。本發(fā)明所述的方法的具體實施過程如下：首先測取大型地下洞室工程相應的巖石強度為R以及地應力為σ，然后計算出巖石強度應力比S＝R/σ，在計算出S后，可查表1，初步預測其圍巖破壞類型以及相應支護強度P的選取范圍；或者也可根據(jù)公式P＝﹣135ln(S)+340(kPa)計算出相應的P0值，然后可再綜合考慮其它因素確定出最終的P值大小；或者也可無需再綜合考慮其它因素，而直接取P＝P0，作為最終確定的圍巖支護強度。當然，不管如何確定P值大小，均需要滿足P≥P0的要求。之后，再根據(jù)P值大小，確定出在采用錨桿和錨索組合支護結構的方式下的具體布置方案。當前第1頁1 2 3