[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

说明书

本发明公开了一种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，确定了非对称挤压性软岩隧道断面不同位置的变形等级，明确了非对称挤压性软岩隧道关键变形部位的差异化控制方法，本发明提出的差异分级方法既能预测挤压大变形的程度，又能预测非对称局部大变形的位置，能提高隧道围岩和支护结构适应非对称挤压变形的能力。

技术领域

本发明涉及隧道工程领域，特别是一种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。

背景技术

深部岩体岩性多变、结构复杂、地应力高。目前由高地应力引发的非对称挤压大变形灾害在国内外的隧道工程施工中愈发的普遍和严重，给施工带来了极大的困难。非对称挤压大变形是指非均质的软弱围岩在高地应力作用下，其自承载能力部分丧失导致隧道断面整体变形不均匀、局部变形难收敛的现象。非对称挤压大变形的变形程度和破坏部位主要取决于隧址的地应力大小和非均质的围岩强度，围岩强度的不均匀性又受地层岩性和软弱结构面的控制。隧道穿越不同的岩性组合、地层产状和岩体结构时，呈现出不同的非对称变形特征。

《铁路挤压性围岩隧道技术规范》(Q/CR9512-2019)指出，挤压性软岩隧道的施工应根据大变形的等级，采用具备针对性的施工方法和控制措施，以实现围岩与支护结构的刚度匹配、变形协调。对挤压性软岩隧道的变形等级预测是指导隧道施工支护的前提。既有研究已涉及较多挤压性软岩隧道的大变形分级方法。然而这些方法由于未考虑非对称大变形的影响因素，无法有效预测隧道穿越深部非均质软弱地层时的变形程度和破坏位置。且目前对于非对称挤压性软岩隧道的变形控制措施，也以常规的对称施工和等强支护为主，对变形等级较大的隧道，实行全断面扩挖和全环加强支护。若等强支护的刚度设计不足，很难对围岩局部的大变形实现有效的控制；若等强支护的刚度设计达到了局部大变形的强度要求，又会导致隧道其他部位过于保守，造成支护成本的增加，缺乏经济性。因此，针对非对称挤压性软岩隧道，既有的大变形分级方法和控制措施不具备针对性和经济性，很难达到理想的控制效果。

CN114352358A公开了一种高地应力深埋软岩隧道大变形动态分级控制方法及系统，该方案明确了高地应力深埋软岩隧道的大变形分级方法和控制方法。然而该方案的大变形分级方法只能得到单一的变形等级评价结果，不能预测非对称挤压性软岩隧道的不均匀变形程度和局部大变形部位。现有技术的大变形控制方法未考虑围岩最不利位置的局部变形趋势，相应提出的变形控制措施难以适应围岩的非对称挤压变形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种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，有效预测隧道穿越深部非均质软弱地层时的变形程度和破坏位置，准确地反映不同部位围岩的变形趋势，提高围岩及支护结构适应非对称变形的能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于非对称挤压性软岩隧道的差异分级控制方法，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；