本發(fā)明屬于隧道圍巖大變形災害防治技術領域，特別是涉及一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法。

背景技術：

在交通、水力水電、礦山等領域中，隧道工程的施工量逐年攀升，而且這些隧道工程經常處于構造運動強烈的地區(qū)，加之隧道圍巖多為三疊系巖板、千枚巖、片巖、砂巖等層狀軟質巖，在隧道工程建設過程中，經常出現嚴重的層狀圍巖大變形災害，而工程活動中所引發(fā)的巖體破壞現象則與層狀巖體力學性質的各向異性特征密切相關，同時層狀圍巖隧道發(fā)生的此類災害多與層狀巖體的層理產狀及地應力方位密切相關。

為此，必須對隧道層狀圍巖大變形進行防治，在目前的工程實踐中，多采用錨桿、鋼拱架、噴射混凝土等無差別加強支護措施，部分區(qū)段還會采用普通水泥材料注漿加固。但是，雖然這些防治手段在一定程度上抑制了大變形災害的發(fā)生，但也存在支護效率低、支護成本高的不足，并且在高地應力、強卸荷、圍巖完整性差等極端復雜地址條件下，往往不能取得較好的控制效果。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，根據隧道圍巖大變形等級的不同，在隧道內采用差異化的支護措施，可有效提高支護效率，同時可以節(jié)約支護成本，有效保證層狀圍巖大變形的控制效果。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，具體為：

一、根據巖層產狀與隧道之間空間關系的不同，將隧道圍巖劃分為三種類型，分別為緩傾類型、傾斜小夾角類型及陡傾小夾角類型；

①、緩傾類型：θ<30°，θ為巖層傾角；

②、傾斜小夾角類型：30°<θ<75°且γ<45°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

③、陡傾小夾角類型：θ>75°且γ<30°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

二、根據隧道圍巖大變形嚴重程度的不同，將隧道圍巖大變形劃分為三個等級，分別為i級、ii級和iii級；

①、i級：0.2<gn<0.3，變形潛勢屬輕微，gn為巖體強度應力比；

②、ii級：0.15<gn<0.2，變形潛勢屬中等，gn為巖體強度應力比；

③、iii級：gn<0.15，變形潛勢屬強烈，gn為巖體強度應力比；

三、根據隧道圍巖大變形等級的不同，采用如下支護措施：

①、當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，采用開挖后布設錨桿的支護措施；

②、當隧道圍巖大變形等級為iii級時，采用開挖前超前注漿加固、開挖后布設錨桿的支護措施。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為傾斜小夾角類型時，錨桿的布設位置在層理與洞周平行的位置、頂板及順層側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型和抗剪型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，注漿錨桿的布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，在開挖后，當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖后進行錨桿支護時，錨桿的布設方向與巖層視傾斜方向的夾角大于30°，且錨固劑采用速凝類錨固劑。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前進行注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，注漿漿料的雙液混合后需要滿足在3分鐘內失去流動性的要求，同時需要滿足1天齡期凈漿的單軸抗壓強度大于15mpa的要求。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，根據隧道圍巖大變形等級的不同，在隧道內采用差異化的支護措施，可有效提高支護效率，同時可以節(jié)約支護成本，有效保證層狀圍巖大變形的控制效果。

附圖說明

圖1為巖層產狀與隧道的空間位置關系示意圖；

圖2為隧道圍巖為緩傾類型時的錨固布設方位示意圖；

圖3為隧道圍巖為傾斜小夾角類型時的錨固布設方位示意圖；

圖4為隧道圍巖為陡傾小夾角類型時的錨固布設方位示意圖；

圖5為超前注漿加固時的注漿錨桿錨固布設方位示意圖；

圖中，1—層狀圍巖，2—隧道，3—水平基準面，4—巖層走向基準線，5—巖層傾向基準線，6—隧道軸線，7—錨桿，8—注漿錨桿。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，具體為：

一、根據巖層產狀與隧道之間空間關系的不同，將隧道圍巖劃分為三種類型，分別為緩傾類型、傾斜小夾角類型及陡傾小夾角類型；具體的，巖層產狀與隧道的空間位置關系如圖1所示；

①、緩傾類型：θ<30°，θ為巖層傾角；

②、傾斜小夾角類型：30°<θ<75°且γ<45°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

③、陡傾小夾角類型：θ>75°且γ<30°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

二、根據隧道圍巖大變形嚴重程度的不同，將隧道圍巖大變形劃分為三個等級，分別為i級、ii級和iii級；

①、i級：0.2<gn<0.3，變形潛勢屬輕微，gn為巖體強度應力比；

②、ii級：0.15<gn<0.2，變形潛勢屬中等，gn為巖體強度應力比；

③、iii級：gn<0.15，變形潛勢屬強烈，gn為巖體強度應力比；

三、根據隧道圍巖大變形等級的不同，采用如下支護措施：

①、當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，采用開挖后布設錨桿的支護措施；

②、當隧道圍巖大變形等級為iii級時，采用開挖前超前注漿加固、開挖后布設錨桿的支護措施。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為緩傾類型時，如圖2所示，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為傾斜小夾角類型時，如圖3所示，錨桿的布設位置在層理與洞周平行的位置、頂板及順層側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型和抗剪型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，如圖4所示，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，如圖5所示，注漿錨桿的布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，在開挖后，當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖后進行錨桿支護時，錨桿的布設方向與巖層視傾斜方向的夾角大于30°，且錨固劑采用速凝類錨固劑。

當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前進行注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，注漿漿料的雙液混合后需要滿足在3分鐘內失去流動性的要求，同時需要滿足1天齡期凈漿的單軸抗壓強度大于15mpa的要求。

實施例一

某層狀圍巖隧道受構造應力主導，巖層傾角θ為5°，巖層走向與隧道軸線的夾角γ為10°，因此該隧道圍巖屬于緩傾類型。當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，在開挖后立即布設錨桿，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在頂板、底板、拱腰和底腳，且錨桿需具備較強的抗拉能力；當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，開挖后立即采用錨桿支護，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在頂板、底板、拱腰和底腳，且錨桿需具備較強的抗拉能力。錨桿具體可以采用申請?zhí)枮?01810283159.7的專利申請中公開的恒阻大變形錨桿，錨固劑采用速凝類錨固劑，可以使錨桿安裝完畢后施加較高的預緊力。在注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，雙液速凝注漿漿料具體可以采用申請?zhí)枮?01310566695.5的雙液注漿材料，雙液混合后可在3分鐘內失去流動性，1天齡期凈漿單軸抗壓強度可達15mpa以上。為防止圍巖風化、局部掉塊或塌方，在采用上述支護措施后，應在圍巖表面噴射5～10cm厚的混凝土或局部采用錨桿補強支護。

實施例二

某層狀圍巖隧道受構造應力主導，巖層傾角θ為60°，巖層走向與隧道軸線的夾角γ為10°，因此該隧道圍巖屬于傾斜小夾角類型。當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，在開挖后立即布設錨桿，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在層理與洞周平行的位置、頂板及順層側邊墻，錨桿采用抗拉型和抗剪型錨桿；當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，開挖后立即采用錨桿支護，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在層理與洞周平行的位置、頂板及順層側邊墻，錨桿采用抗拉型和抗剪型錨桿。錨桿具體可以采用申請?zhí)枮?01810283159.7的專利申請中公開的恒阻大變形錨桿，錨固劑采用速凝類錨固劑，可以使錨桿安裝完畢后施加較高的預緊力。在注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，雙液速凝注漿漿料具體可以采用申請?zhí)枮?01310566695.5的雙液注漿材料，雙液混合后可在3分鐘內失去流動性，1天齡期凈漿單軸抗壓強度可達15mpa以上。在完成上述支護措施后，應嚴格進行量測工作，根據圍巖變形情況，調整錨桿的長度、支護密度，布設位置，必要時在局部采用補強支護。此外，為防止圍巖風化、局部掉塊或塌方，在采用上述支護措施后，應在圍巖表面噴射10～30cm厚的混凝土并布設鋼拱架。

實施例三

某層狀圍巖隧道受構造應力主導，巖層傾角θ為85°，巖層走向與隧道軸線的夾角γ為20°，因此該隧道圍巖屬于陡傾小夾角類型。當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，在開挖后立即布設錨桿，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在在兩側邊墻，錨桿為抗拉型錨桿；當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，開挖后立即采用錨桿支護，錨桿布設方向與隧道軸線相垂直，錨桿的布設位置在在兩側邊墻，錨桿為抗拉型錨桿；錨桿具體可以采用申請?zhí)枮?01810283159.7的專利申請中公開的恒阻大變形錨桿，錨固劑采用速凝類錨固劑，可以使錨桿安裝完畢后施加較高的預緊力。在注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，雙液速凝注漿漿料具體可以采用申請?zhí)枮?01310566695.5的雙液注漿材料，雙液混合后可在3分鐘內失去流動性，1天齡期凈漿單軸抗壓強度可達15mpa以上。在完成上述支護措施后，應嚴格進行量測工作，根據圍巖變形情況，調整錨桿的長度、支護密度，布設位置，必要時在局部采用補強支護。此外，為防止圍巖風化、局部掉塊或塌方，在采用上述支護措施后，應在圍巖表面噴射10～30cm厚的混凝土并布設鋼拱架。

實施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。

技術特征：

1.一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于具體為：

一、根據巖層產狀與隧道之間空間關系的不同，將隧道圍巖劃分為三種類型，分別為緩傾類型、傾斜小夾角類型及陡傾小夾角類型；

①、緩傾類型：θ<30°，θ為巖層傾角；

②、傾斜小夾角類型：30°<θ<75°且γ<45°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

③、陡傾小夾角類型：θ>75°且γ<30°，θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；

二、根據隧道圍巖大變形嚴重程度的不同，將隧道圍巖大變形劃分為三個等級，分別為i級、ii級和iii級；

①、i級：0.2<gn<0.3，變形潛勢屬輕微，gn為巖體強度應力比；

②、ii級：0.15<gn<0.2，變形潛勢屬中等，gn為巖體強度應力比；

③、iii級：gn<0.15，變形潛勢屬強烈，gn為巖體強度應力比；

三、根據隧道圍巖大變形等級的不同，采用如下支護措施：

①、當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，采用開挖后布設錨桿的支護措施；

②、當隧道圍巖大變形等級為iii級時，采用開挖前超前注漿加固、開挖后布設錨桿的支護措施。

2.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

3.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為傾斜小夾角類型時，錨桿的布設位置在層理與洞周平行的位置、頂板及順層側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型和抗剪型錨桿。

4.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為i級和ii級時，且隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

5.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前，布設中空注漿錨桿并注漿加固，注漿錨桿的布設方向與隧道軸線的夾角δ為30°～45°，在開挖后，當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為緩傾類型時，錨桿的布設位置在頂底板區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿；當隧道圍巖為陡傾小夾角類型時，錨桿的布設位置在兩側邊墻區(qū)域，錨桿采用抗拉型錨桿。

6.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖后進行錨桿支護時，錨桿的布設方向與巖層視傾斜方向的夾角大于30°，且錨固劑采用速凝類錨固劑。

7.根據權利要求1所述的一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，其特征在于：當隧道圍巖大變形等級為iii級時，在開挖前進行注漿加固時，注漿漿料采用雙液速凝注漿漿料，注漿漿料的雙液混合后需要滿足在3分鐘內失去流動性的要求，同時需要滿足1天齡期凈漿的單軸抗壓強度大于15mpa的要求。

技術總結

一種受構造應力及層理控制的隧道大變形靶向支護方法，具體為：根據巖層產狀與隧道空間關系不同，將隧道圍巖劃分為緩傾類型、傾斜小夾角類型及陡傾小夾角類型；緩傾類型：θ<30°，θ為巖層傾角；傾斜小夾角類型：30°<θ<75°且γ<45°；陡傾小夾角類型：θ>75°且γ<30°；θ為巖層傾角，γ為巖層走向與隧道軸線的夾角；根據隧道圍巖大變形嚴重程度不同，將隧道圍巖大變形劃分為三個等級，分別為I級、II級和III級；I級：0.2<Gn<0.3，變形潛勢屬輕微；II級：0.15<Gn<0.2，變形潛勢屬中等；III級：Gn<0.15，變形潛勢屬強烈；Gn為巖體強度應力比；根據隧道圍巖大變形等級不同，采用如下支護措施：I級和II級時采用開挖后布設錨桿的支護措施；III級時采用開挖前超前注漿加固、開挖后布設錨桿的支護措施。

技術研發(fā)人員：劉旭鋒;周揚一;李西凡;孫本通

受保護的技術使用者：東北大學

技術研發(fā)日：2021.03.18

技術公布日：2021.06.15