[发明专利]地下洞室群岩柱稳定性评价方法

说明书

本发明提供了一种地下洞室群岩柱稳定性评价方法，包括以下步骤：（1）布置辅助洞、（2）布置扩挖洞、（3）在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置一条监测孔，监测孔壁布置应力计；（4）分次对扩挖洞进行扩挖，每次扩挖后检查监测仪器读数，如果读数没有发生明显变化，说明扩挖洞之间的岩柱仍处于安全状态，可以继续进行扩挖，如监测仪器读数发生明显变化时，说明岩柱中的初始应力状态已经发生变化，两条扩挖洞之间已经存在相互干扰，此时的间距即为洞室安全间距。本发明通过人为改变岩柱厚度，激发岩柱内在应力变化，实现对洞室群间距的合理评估，能够充分反映实际地质条件和地应力条件，对洞室群的合理布置、洞径设计、节省工程投资等均具有重要价值。

技术领域

本发明涉及地下洞室群岩柱稳定性评价方法，主要针对多洞室、多隧洞的深部地下工程，例如水电工程的地下厂房洞室群，越岭隧道群、水工隧洞群等。

技术背景

在水电、地铁、公路或铁路地下洞室或隧洞的施工过程中，经常会采用平行布置的方案，其中两个洞室之间岩体称为岩柱，岩柱的厚度问题直接关系到洞室的布置。如果两个洞室之间的岩柱厚度过大，不但会提高工程造价，也会影响工程的使用功能；如果岩柱的厚度过小，则会导致两个洞室之间的施工、运行产生相互作用，这种相互作用将会影响岩柱的稳定性，尤其是当岩柱厚度较小时，两个洞室的施工将会产生多次扰动，使得岩柱稳定性难以保证，甚至导致洞室坍塌破坏，因此保证岩柱的稳定性是洞室群、隧洞群设计与施工的关键。

在一般性深埋条件下的地下工程实践表明，地下开挖间距在1倍开挖跨度以上时可以基本保持洞间围岩的稳定，这一经验在矿山巷道布置时应用得很普遍。但在岩体条件偏差或埋深加大的情况下，需要慎用这一经验。Martin等人曾经总结了深埋矿山巷道间岩柱的爆裂破坏、一般性失稳和处于稳定状态下的178个实例，其中在岩柱厚度为1.5倍洞径时出现了大量的破坏实例，当该比值达到近2.5时，也仍然存在破坏实例。

水工隧洞的运行特点和安全要求对洞间间距离的要求和一般地下工程又有一定区别，不仅要求隧洞间岩柱不出现破坏和失稳，而且需要保持足够的安全性，两相邻隧洞间在施工开挖和运行条件下不产生任何形式的干扰就成为确定隧洞间距的最低要求，岩柱的厚度至少应该在3倍洞径以上、一般应该考虑4倍左右。上述成果基本都是停留在工程经验，具体的工程需要具体分析，但目前缺少现场实际可用的评价方法，主要借助于工程经验或者数值模拟，对岩柱中真实的力学状态没有清晰的认识，洞室群之间经常出现相互扰动的现象。

发明内容

作为设计使用寿命50~100年的永久性工程，地下洞室群或隧洞群之间的岩柱必须具有足够的安全性，并且，从工程经济的角度出发，也希望不要因为洞间岩柱厚度的不合理而增加额外的工程投资。因此，需要保证洞间的安全间距，使得其中的任一洞室开挖不对另一条洞室产生明显影响，并且不需要增加施工难度和采用额外的处理手段来保证岩柱的安全性。

本发明的目的是提供一种地下洞室群岩柱稳定性评价方法，通过人为改变岩柱厚度，进而改变岩柱内应力的聚集状态，形成不同厚度岩柱与洞径之间的对照关系，为岩柱厚度确定和洞径尺寸设计提供依据。为此，本发明采用以下技术方案：

地下洞室群岩柱稳定性评价方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）布置辅助洞

在与开挖地下洞室群地质条件类似区域开挖辅助洞，辅助洞洞线基本与地下洞室群轴线方向垂直；在辅助洞内进行初始地应力测量，确定初始地应力大小及方向；

（2）布置扩挖洞

在辅助洞一侧边墙开挖两条扩挖洞，扩挖洞边墙与辅助洞掌子面端墙之间的间距需要超过一倍辅助洞洞径，扩挖洞之间的初始间距为5~6倍扩挖洞直径；

（3）在两条扩挖洞中间处，从辅助洞布置一条监测孔，监测孔壁布置应力计；