[发明专利]适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法及系统

权利要求书

1.一种适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取隧道断面不同位置的围岩强度应力比R_i/P；其中，R_i为测试岩体的单轴抗压强度，P为隧道掌子面位置的地应力大小；

根据隧道断面不同位置的强度应力比R_i/P、相对变形量ε_i和相对变形速率η_i，确定隧道断面不同位置的大变形等级Q_i；将出现频次最多的大变形等级定义为基本变形等级Q_m，将量值最大的大变形等级定义为关键变形等级Q_n，关键变形等级Q_n所在的部位定义为隧道的关键变形部位；

根据隧道的基本变形等级Q_m，确定隧道断面的整体预留变形量U_m；根据隧道的关键变形等级Q_n，确定隧道断面的局部预留变形量U_n，计算关键变形部位的局部扩挖量ΔU，得到非对称挤压性软岩隧道优化的开挖轮廓面；ΔU＝U_n-U_m；

根据隧道的基本变形等级Q_m，确定隧道开挖前整体的围岩超前加固方案；根据隧道的关键变形等级Q_n，确定关键变形部位围岩的局部超前加固方案，通过提高超前预支护的刚度对关键变形部位的围岩进行差异化补强；根据隧道的基本变形等级Q_m，确定隧道的整体开挖工法；根据隧道的关键变形等级Q_n，调整缩短关键变形部位所在台阶的台阶高度和进尺长度；根据隧道的基本变形等级Q_m，确定开挖后隧道的整体支护方案；根据隧道的关键变形等级Q_n，确定关键变形部位的局部支护方案，通过局部加密加长系统锚杆、增加喷射混凝土厚度、增加钢拱架单元刚度，对关键变形部位的围岩和支护进行差异化补强。

2.根据权利要求1所述的适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，其特征在于，通过钻取隧道断面不同位置的标准岩样，测试岩体的单轴抗压强度R_i；钻取位置包括隧道断面的拱顶、左拱肩、右拱肩、左边墙、右边墙、左拱脚、右拱脚和仰拱。

3.根据权利要求1所述的适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，其特征在于，所述相对变形量ε_i的计算公式为：其中，u_i为掌子面后方已施工大变形段隧道断面不同位置的累计最大变形量，R₀为隧道的等效半径。

4.根据权利要求1所述的适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，其特征在于，所述相对变形速率η_i的计算公式为：其中，v_i为掌子面后方已施工大变形段隧道断面不同位置的最大变形速率，R₀为隧道的等效半径。

5.根据权利要求1所述的适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，其特征在于，所述大变形等级Q_i包括Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，分别对应轻微大变形、中等大变形、强烈大变形和极强大变形；

其中，

Ⅰ级对应的指标为：围岩强度应力比为0.40～0.60，相对变形量为3％～5％，

相对变形速率为0.3～0.5％·d^-1；

Ⅱ级对应的指标为：围岩强度应力比为0.20～0.40，相对变形量为5％～8％，

相对变形速率为0.5～0.8％·d^-1；

Ⅲ级对应的指标为：围岩强度应力比为0.10～0.20，相对变形量为8％～12％，相对变形速率为0.8～0.12％·d^-1；

Ⅳ级对应的指标为：围岩强度应力比0.10，相对变形量12％，相对变形速率0.12％·d^-1。