[发明专利]基于溶腔位置的隧道加强处治方法与支护结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于溶腔位置的隧道加强处治方法与支护结构。

背景技术

作为公路建设和铁路建设的重要组成部分，山岭隧道已经在我国获得了大规模的发展。其中不少隧道穿越或者临近溶腔，虽然国内外都对隧道穿越岩溶的安全性这一问题给予了高度的重视，但是此类事故依然不断发生。特别是我国岩溶地貌分布复杂，溶腔分布极不规则且难以探测，对隧道建设安全造成极大危害。溶腔中水的存在也对隧道的施工造成重大的安全隐患，深入研究穿越溶腔的隧道加强支护结构与处治方法具有十分重要的意义。

通过对现有的技术文献检索发现，虽然已有大量关于穿越岩溶地层的隧道加强支护结构与处治方法的专利文献，如中国发明专利申请号CN201420783205.7，发明名称：一种岩溶隧道复合型支护结构，其没有对岩溶隧道安全性进行评价而采取有针对性的措施，以及发明专利申请号CN201510490047.5，发明名称：一种岩溶隧道岩溶安全厚度计算方法，其所提供的安全厚度方法完全基于理论计算，将岩溶隧道与溶腔简化为结构力学模型，而实际隧道穿越岩溶是一种地层结构模型，所计算出来的结果与实际不符，另外还有发明专利申请号CN201120178851.7，发明名称：横贯隧道式溶腔稳固处理体系，其只考虑了横贯隧道式溶腔，并没有全面考虑不同位置溶腔的隧道加强支护结构与处治方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于溶腔位置的隧道加强处治方法与支护结构，设计合理，考虑全面且施工速度快，实用效果好，根据溶腔不同位置选择合适的隧道加强支护结构及处治方法，能彻底解决岩溶区隧道的安全施工及安全运行问题。

就方法而言：本发明的一种基于溶腔位置的隧道加强处治方法，包括以下步骤：

S1.确定岩溶区溶腔的位置、形态以及溶腔与隧道的最近距离L；

S2.确定隧道岩溶区安全厚度H；

S3.判断隧道受岩溶区溶腔影响的安全性，通过S1所探测得到的溶腔与隧道的最近距离L与安全厚度H相比较，L>H，则隧道安全；L≤H，则隧道不安全；

S4.根据隧道安全性采取不同的隧道支护结构：

S4.1.隧道安全：则根据现场监控量测，隧道支护结构包括初期支护、二次衬砌和超前支护；

S4.2.隧道不安全：分为两种情况：

S4.2.1.隧道与溶腔无贯通：在步骤S4.1的基础上，在隧道与溶腔之间依次钻孔、安装钢花管和钢花管内灌浆；

S4.2.2.隧道与溶腔贯通：在步骤S4.1的基础上，设置与施工隧道支护结构和溶腔连接为一体的双层回填复合结构；

进一步地，步骤S2包括：

S2.1.几何建模：根据S1中得到的岩溶区溶腔的形态及范围、隧道的开挖轮廓以及尽量减小隧道与溶腔之间相互影响，取隧道开挖轮廓距岩溶区底板安全厚度为M，建立几何模型；

S2.2.参数取值，根据工程地质勘查报告、原位试验及室内试验、设计图纸进行围岩及隧道衬砌各方面的取值，参数包括：各层岩土体的压缩模量Es，孔隙比e，天然重度γ，泊松比μ，粘聚力c，摩擦角φ，隧道衬砌的厚度D、弹性模量E、泊松比μ、重度γ；

S2.3.最小安全厚度的确定，计算中将隧道开挖轮廓距溶腔最近点作为起始点，然后向溶腔顶板或底板每隔一定的距离取一个特征点，以此得到隧道与溶腔之间围岩各关键点应力及位移曲线，依据各关键点应力及位移曲线的变化段可求出对应的中间区岩层厚度d，用S2.1中几何建模所取的隧道开挖轮廓距溶腔底板最近距离为L减去所计算出来的中间区岩层厚度d得出隧道岩溶区安全厚度H,即H＝L-d。

进一步地，步骤S4.2.1中钢花管穿过溶腔并向溶腔外伸出，且钢化管伸出溶腔外的长度为溶腔与隧道距离L的15-25％

进一步地，步骤S4.2.2中的双层回填复合结构根据溶腔位置不同而不同，包括隧道顶部双层回填复合结构、隧道中部双层回填复合结构和隧道底部双层回填复合结构，其中：

隧道顶部双层回填复合结构包括布设在隧道开挖面上方的防渗砼护拱和布设在防渗砼护拱正上方的砂砾回填缓冲层；

隧道中部双层回填复合结构包括布设在隧道开挖面左、右两侧的防渗砼砼护墙和布设在防渗砼砼护墙外侧的砂砾回填缓冲层；

隧道底部双层回填复合结构包括布设在隧道开挖面下方的防渗砼砼护底和布设在防渗砼护底下方的碎石垫层，所述防渗砼护底和碎石垫层填充于隧道开挖断面下方的溶腔内。