[发明专利]适用于深埋大直径软岩水工隧洞预留变形量的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于深埋大直径软岩水工隧洞预留变形量的确定方法，主要适用于水利水电工程中，特别是深埋大直径(一般要求直径超过6m)软岩水工隧洞的开挖。

背景技术

预留变形量，即为防止围岩过度变形而预先设计(一般大于原始开挖轮廓)的预留变形空间。对于深埋软岩隧洞而言，挤压大变形问题将非常突出，为了保持围岩具有足够的稳定性，通常将隧洞围岩的变形量控制在一定的范围内。软岩开挖控制变形量将占据开挖断面的部分洞径，且通常不可忽视，在隧洞断面净空根据工程实际需要确定后，隧洞的开挖控制变形就与预留变形量相互关联，具体见图1所示。

与硬岩小变形、无衬砌隧洞不同，对于水工隧洞来说，为了防止软岩遇水软化，通常设置有钢筋混凝土衬砌，并占有一定的断面空间，初始预留变形量的合理确定很难，加之深埋软岩往往存在大变形问题，使得隧洞开挖的实际洞径与隧洞净空差距较大。若隧洞开挖初始洞径选取过大，有时尽管可以通过增加衬砌结构的厚度来填补超挖空间，但对于距离长、断面大的隧洞工程往往非常不经济。若选用的初始开挖洞径过小，基本的支护结构将侵占隧洞设计净空，导致已挖隧洞不得不进行扩挖处理，后续施工将非常繁琐，故确定此类隧洞的开挖预留变形量十分关键。目前，对于这类工程，大多采用工程类比法，但是由于缺乏工程经验和工程类比，以及各工程实际情况的不同，导致该方法得到的结果误差较大，进而影响工程的顺利进行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明综合考虑深埋软岩的力学性质、地应力场条件以及支护强度，提供一种可以直接确定不同条件下深埋大直径软岩水工隧洞预留变形量的方法，能够根据围岩类别、洞径尺寸和地应力量级、支护强度来直接推算需要预留的变形量，为隧洞断面尺寸的设计提供一种便捷手段，入门门槛较低，能够大幅度提高工作效率。

本发明所采用的技术方案是：适用于深埋大直径软岩水工隧洞预留变形量的确定方法，其特征在于步骤如下：

S1、确定初始地应力；

S2、确定围岩类别，并根据该类别获得对应的物理力学指标，包括泊松比、弹性模量、粘聚力和内摩擦角；

S3、根据现场实际情况，利用公式计算出不同围岩类别、不同支护强度、不同洞径尺寸、不同地应力条件下隧洞洞周的位移，即得隧洞预留变形量，

式中，为隧洞洞周位移，μ为泊松比，E为弹性模量，P₀为初始地应力，r₀为隧洞半径，R₀为塑性区半径，P_R为塑性区边界的径向应力；

塑性区半径式中c为粘聚力，为内摩擦角，P₁为支护抗力，无支护状态对应的支护抗力为0MPa，喷锚支护对应的支护抗力为1MPa，喷锚支护加钢筋混凝土衬砌对应的支护抗力为2MPa；

塑性区边界上的径向应力

它还包括以下步骤：

S4、将按照上述方法计算出隧洞洞周的位移，与对应的围岩类别、支护强度、洞径尺寸和地应力条件制成表格，然后根据现场实际条件查表即可获得该条件下隧洞洞周的位移，即隧洞预留变形量。

本发明的有益效果是：本发明根据围岩级别、洞径尺寸、地应力条件和支护强度，对预留变形量进行直接的计算，更加便捷，弥补了现有规范的不足，并且通过与工程实际监测数据对比，采用本方法确定的预留变形量非常合理，具有很高的准确性。另外，本发明克服了原有工程类比法的不足，更加贴近工程实际情况，并且本发明使用门槛较低，方便现场设计人员使用，极大地提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明软岩隧洞开挖支护断面形态示意图。

图中的标号说明：1-开挖界面，2-预留变形量，3-初次支护，4-二次衬砌，5-隧洞设计断面，6-隧洞。

具体实施方式

由于在深埋大直径软岩隧洞中，围岩的二次应力状态可能超过围岩的抗压强度或是局部的剪应力超过岩体的抗剪强度，从而使该部分的岩体进入破坏状态，因此可选用弹塑性分析方法获取隧洞洞周位移变化。

本实施例适用于深埋大直径(一般要求直径超过6m)软岩水工隧洞预留变形量的确定方法，包括以下步骤：