[发明专利]高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统及施工方法

说明书

本发明公开了一种高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统，包括：初期支护主体，其为钢拱架及与钢拱架配套的锚网喷联合支护体系，其中，所述初期支护主体在隧道边墙段设置多个应力释放窗口，位于初期支护主体每侧的多个应力释放窗口沿隧道纵向间隔设置。本发明还公开了一种高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统的施工方法。本发明具有实现“围岩与初期支护主体非同步变形”，有效减少初期支护主体成环前初期支护主体变形最大部位的变形，避免初期支护主体未成环前就破坏的有益效果。

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程技术领域。特别涉及一种适宜于高构造应力地区，破碎围岩大变形隧道的初期支护系统及方法，更具体地说，本发明涉及一种高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统及方法。

背景技术

随着铁路、公路建设的不断推进，在地质环境恶劣、高地应力、软弱围岩地区建设长大隧道已不可避免。在高地应力破碎围岩中修建隧道，往往出现围岩大变形问题。南昆铁路家竹箐隧道、兰新复线乌鞘岭隧道、奥地利陶恩隧道、日本中屋隧道施工中都出现过隧道大变形问题。在高地应力地区修建地下工程，最大的难题就是隧道大变形控制问题。

由于大变形问题一直是高地应力软弱围岩隧道施工中困扰技术人员的首要难题，往往给工程建设带来极大困难，甚至造成人员伤亡等重大工程事故。因此，国内外众多专家学者、工程技术人员为解决这一难题做了大量的工作，提出了一些大变形控制技术和措施。归纳起来主要有：(1)提高支护刚度与整体受力性能，主要包括：优化钢拱架弧度、拱架刚度加强、加长系统锚杆、采用长锚杆或锚索、必要时采用双层(多层)钢拱架等；(2)合理预留变形量；(3)适时构筑二次衬砌等。对高地应力软岩大变形而言，一味地提高支护刚度，很难满足大变形控制的要求，且经济代价难以承受。“先放后抗，先柔后刚”的支护思想已逐渐成为控制高地应力软岩大变形的主导，其核心是通过围岩的适度变形，减小支护结构所受围岩压力。如预留变形量、围岩与初期支护主体间留缓冲层及发明专利“一种适用于软弱破碎围岩的吸能让压隧道支护系统及方法.ZL201410356142.1”等。然而，目前无论是加强初期支护主体的方法，还是“放抗”结合的方法，由于初期支护主体与围岩密贴，初期支护主体与围岩同步变形，都存在初期支护主体与围岩同步变形过程中安全储备不断消耗，过大的围岩变形使初期支护主体变形最大部位先破坏、进而导致初期支护主体及围岩整体失稳的问题。

地质构造发育地区的深埋地层，由于曾经受到强烈的地质构造和构造挤压作用，除完整性较差、围岩破碎外，往往还累积了较大的能量。穿过此类地层的深埋隧道，施工过程中由于开挖缷荷，围岩累积的能量逐渐释放必然出现很大的围岩变形。大量地应力测试结果表明：埋深较大的隧道，赋存地层中存在着以水平方向为主的残余构造应力，地应力最大主应力很多情况下为水平方向。当地应力最大主应力为水平方向、且与隧道轴线接近垂直时，高地应力软弱、破碎围岩隧道往往表现出水平收敛大于拱顶下沉的特点，边墙段初期支护成为变形最大的部位。高地应力软弱、破碎围岩隧道，由于围岩自稳能力差，基本都采用台阶法施工，初期支护主体不能立即封闭成环。由于初期支护主体未成环前抵抗围岩变形的能力较弱，加之高地应力破碎围岩隧道开挖后变形速率较大，所以，围岩与初期支护主体同步变形的初期支护体系，往往在初期支护主体未成环、尚未很好地发挥控制围岩变形的作用前就已破坏，这是不值得的！现有的，无论是以“抗”为主的大刚度支护，还是具有一定让压效果、“让抗结合”的支护系统，都不同程度地存在这一问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统，其通过在初期支护主体变形最大部位(边墙段)循环间隔设置应力释放窗口，实现“围岩与初期支护主体非同步变形”，避免初期支护主体未成环前就破坏。

本发明还有一个目的是提供一种高地应力大变形隧道放抗结合的初期支护系统的施工方法，与传统的支护方法相比，只是调整了应力释放窗口部位的喷射混凝土施工顺序，方便施工，成本更低，工效更快。