[发明专利]全断面开挖软土隧洞掌子面玻璃纤维锚杆设计方法

说明书

本发明公开了一种全断面开挖软土隧洞掌子面玻璃纤维锚杆设计方法，通过安装针对掌子面的变形监测仪器，反演并校核岩土体的强度参数；并通过分台阶开挖的计算分析在保持掌子面前方核心岩体体安全系数的条件下，减少掌子面玻璃纤维锚杆的数量，减少作业工序从而确保较高的掘进速度。本方法通过计算出掌子面安全系数达到1.5时所需要的玻璃纤维锚杆数量，进行两个试验段的现场试验和数值分析，根据反演出的土体强度强度，采用强度折减方法计算分台阶开挖(上台阶开挖高度取0.25倍隧洞高度)，并且掌子面安全系数达到1.3时，所需的玻璃纤维锚杆根数。

技术领域

本发明适用于交通、水利、水电等行业的软土隧洞，尤其是开挖过程中掌子面不能自稳的软土隧洞，通过本技术方案不但可以保持掌子面稳定性，还可以优化掌子面玻璃纤维锚杆的数量，从而提高掘进速度。

背景技术

我国的软土隧洞开挖普遍遵循“新奥”法，即以维护和利用围岩的自承能力为理念，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，强调及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工。新意法(ADECO-RS)主要适用于不能形成自然拱效应的软弱岩体或土体隧洞，该方法认为隧洞掌子面前方超前核心岩土体的变形与隧洞变形之间有直接的因果关系，因此强调监控超前核心岩土的重要性，即通过对掌子面及其前方的超前核心土的直接加固、排水达到发挥掌子面前方核心岩土体对后方岩土体的约束效应。新意法总体上以超前核心岩土体的稳定性和变形作为指导施工方案的依据，便于全断面开挖和机械化开挖，并且在掌子面不能自稳的软土隧洞中，亦能达到1.5m～2m的掘进速度。

发明内容

本发明提供了一种基于新意法的超前玻璃纤维锚杆设计的方案，通过安装针对掌子面的变形监测仪器，反演并校核岩土体的强度参数；并通过分台阶开挖的计算分析在保持掌子面前方核心岩体体安全系数的条件下，减少掌子面玻璃纤维锚杆的数量，减少作业工序从而确保较高的掘进速度的全断面开挖软土隧洞掌子面玻璃纤维锚杆设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种全断面开挖软土隧洞掌子面玻璃纤维锚杆设计方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，根据施工要求，计算隧洞全断面开挖条件的掌子面安全系数达到1.5时,所需要的玻璃纤维锚杆的数量N、长度L₁以及要求的搭接长度L₂；

步骤2，确定连续开挖的试验段I和试验段II，所述试验段I和试验段II的总长度为L＝3L₁–2L₂，开挖过程中试验段I和试验段II中分别布置玻璃纤维锚杆，所述试验段I中布置玻璃纤维锚杆数量为N，所述试验段II中布置玻璃纤维锚杆数量为0.5N，并在试验段I和试验段II中预埋反测头多点位移计，在每个开挖循环过程中，持续采集监测数据；

步骤3，根据试验段I和试验段II的反测头多点位移计的监测数据，采用有限元或者有限差分数值方法反演土体的强度参数；

步骤4，根据反演的土体的强度参数，采用基于强度折减数值方法，模拟掌子面开挖分台阶开挖形式，计算掌子面安全系数为1.3时所需的玻璃纤维锚杆数量，并以该数量作为全断面开挖的超前核心土支护的玻璃纤维锚杆的最终确定数量。

作为优选，所述步骤2包括以下步骤：

步骤201，确定连续的试验段I和试验段II，所述试验段I和试验段II的总长度L＝3L₁–2L₂，所述试验段I和试验段II采用全断面开挖的方式，试验段I和试验段II的总长度L＝3L₁–2L₂；

步骤202，安装试验段I的第一批数量为N的玻璃纤维锚杆，安装后在隧洞中心点安装反测头多点位移计；