本申請涉及隧道圍巖穩(wěn)定性控制，具體而言，涉及一種深埋隧道的開挖補償方法。

背景技術(shù)：

1、川藏地區(qū)位于亞歐板塊和印度洋板塊的交界處，板塊構(gòu)造活動極其強烈，造成了川藏地區(qū)的工程巖體每年數(shù)十毫米移動速率的強活動性。復雜的地質(zhì)背景決定了川藏地區(qū)深部巖體面臨著高地應力、高地震烈度、高環(huán)境梯度以及強烈工程擾動、板塊擾動和內(nèi)外地質(zhì)動力擾動等問題。因此，復雜地質(zhì)環(huán)境使川藏地區(qū)隧道工程修建過程中面臨軟巖大變形、巖爆和穿越活動性斷裂帶等眾多嚴峻的工程難題。

2、在沿用了一百多年的“坍落拱”隧道工程設計理論中，新奧法能夠充分發(fā)揮圍巖的自承能力。采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段對圍巖變形進行控制，同時對隧道圍巖與支護系統(tǒng)的變形進行監(jiān)控量測。將圍巖視為支護體系的重要組成部分，并通過對圍巖和支護的監(jiān)控量測來指導隧道或地下工程的設計施工。新奧法針對中淺部巖石的開挖，圍巖具有一定的自穩(wěn)能力，發(fā)揮的僅是圍巖的單軸強度，其技術(shù)途徑是“先讓后抗”，關(guān)鍵技術(shù)是二次最佳支護時間的選擇，且只需要低應力補償就可以實現(xiàn)圍巖穩(wěn)定，所以支護材料采用變形小的材料即可實現(xiàn)。

3、但是，到了深部以后，低應力補償已經(jīng)無法實現(xiàn)圍巖穩(wěn)定，此時新奧法將失效。隧道圍巖產(chǎn)生第一開挖效應，圍巖徑向應力瞬間變?yōu)榱?，圍巖應力狀態(tài)由三軸應力狀態(tài)變成單軸應力狀態(tài)，圍巖承載能力大幅度降低；隨著時間推移，隧道圍巖產(chǎn)生第二開挖效應，切向應力將發(fā)生集中，超過圍巖強度包絡線，故而導致圍巖發(fā)生破壞。

4、因此，本申請?zhí)峁┝艘环N深埋隧道的開挖補償方法，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種深埋隧道的開挖補償方法，能夠解決上述提到的至少一個技術(shù)問題。具體方案如下：

2、根據(jù)本申請的具體實施方式，本申請?zhí)峁┮环N深埋隧道的開挖補償方法，包括：

3、獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；

4、基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災害類型；

5、基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，其中，所述開挖補償支護策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應力與原始圍巖應力的差值縮小至預設近似值范圍內(nèi)，且能夠有效阻止切向應力出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象；

6、基于所述開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制。

7、可選的，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

8、當所述工程災害類型表征為超米級軟巖大變形災害類型時，確定所述開挖補償支護策略為高預應力強韌錨網(wǎng)組合策略和桁架型拱架承載策略。

9、可選的，所述基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災害類型，包括：

10、當基于所述工程地質(zhì)信息確定高地應力硬巖地層信息時，基于所述高地應力硬巖地層信息確定所述工程災害類型為隧道巖爆災害類型。

11、可選的，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

12、當所述工程災害類型表征為隧道巖爆災害類型時，確定所述開挖補償支護策略為高預應力強韌錨網(wǎng)組合策略和聚能定向爆破策略。

13、可選的，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

14、當所述工程災害類型表征為活動性斷層類型和/或斷層破碎帶類型時，確定開挖補償支護策略為高預應力強韌組合錨網(wǎng)策略、桁架型拱架承載策略和級配注漿控制策略。

15、可選的，所述高預應力強韌組合錨網(wǎng)策略，包括：

16、在所述深埋隧道開挖后的預設安全時間段內(nèi)，利用第一支護構(gòu)件對所述深埋隧道圍巖凈空的徑向荷載進行預設強度的預應力支護補償；

17、利用第二支護構(gòu)件將徑向荷載沿所述圍巖的表面分散傳遞；

18、在所述圍巖的表面噴射預設厚度的預制混凝土。

19、可選的，所述桁架型拱架承載策略，包括：

20、在所述深埋隧道圍巖徑向方向，利用預設長度的工字鋼作為連接件將多層鋼拱架固定連接成多層組合鋼拱架；

21、在所述深埋隧道軸向方向，利用t型鋼將預設間隔長度的多個所述多層組合鋼拱架固定連接，利用預設直徑的螺紋鋼對所述多層組合鋼拱架進行斜向人字形固定連接，形成桁架型拱架。

22、可選的，所述聚能定向爆破策略，包括：

23、在所述深埋隧道施工中，在預設開挖范圍的巖體內(nèi)埋設多個聚能定向管，引爆聚能定向管中炸藥，產(chǎn)生高溫、高壓氣體；

24、通過各個聚能定向管各自在至少一個設定方向上分別設置的一排線性分布的定向聚能孔將所述氣體形成高能流，向外集中作用于對應的孔壁產(chǎn)生拉應力，通過所述拉應力使所述孔壁圍巖沿設定方向拉張開裂；

25、通過各排定向聚能孔產(chǎn)生的疊加應力場，使預設開挖范圍內(nèi)的巖體定向拉張斷裂，形成定向的爆破切割面。

26、可選的，所述級配注漿控制策略，包括：

27、在活動性斷層和/或斷層破碎帶的地層施工時，在所述深埋隧道的掌子面，采用預設低注漿壓力使粗粒徑水泥漿液的傳導壓力克服地層的初始地應力和圍巖抗拉強度，擴張地層中原有的孔隙和/或裂隙；

28、采用預設高注漿壓力迫使細粒徑顆粒擴充至所述孔隙和/或裂縫中，萌生和擴展新裂縫，最終生成預設厚度的止?jié){墻。

29、可選的，所述基于所述開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制之后，還包括：

30、對補充支護控制后的深埋隧道進行實時監(jiān)測，獲得實時監(jiān)測數(shù)據(jù)；

31、當所述實時監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，基于所述實時監(jiān)測數(shù)據(jù)確定新的開挖補償支護策略；

32、基于新的開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制。

33、本申請實施例的上述方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果：

34、本申請?zhí)峁┝艘环N深埋隧道的開挖補償方法。所述方法包括：獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災害類型；基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略；基于所述開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制。通過補充支護策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應力與初始地應力的差值縮小至預設近似值范圍內(nèi)，進一步能夠有效阻止切向應力出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。在深埋隧道隧道開挖后，及時施加高預應力的開挖補償支護，盡可能恢復圍巖的三維初始應力狀態(tài)，從而提高圍巖承載力，充分調(diào)動深部巖體強度，實現(xiàn)深埋隧道圍巖有效控制。

技術(shù)特征：

1.一種深埋隧道的開挖補償方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災害類型，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2、4或5所述的方法，其特征在于，所述高預應力強韌組合錨網(wǎng)策略，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述桁架型拱架承載策略，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚能定向爆破策略，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述級配注漿控制策略，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制之后，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種深埋隧道的開挖補償方法。所述方法包括：獲取深埋隧道的工程地質(zhì)信息；基于所述工程地質(zhì)信息確定工程災害類型；基于所述工程災害類型確定所述深埋隧道圍巖的開挖補償支護策略；基于所述開挖補償支護策略對所述深埋隧道的圍巖進行補充支護控制。通過補充支護策略能夠?qū)⑺錾盥袼淼绹鷰r的徑向應力與初始地應力的差值縮小至預設近似值范圍內(nèi)，進一步能夠有效阻止切向應力出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。在深埋隧道隧道開挖后，及時施加高預應力的開挖補償支護，盡可能恢復圍巖的三維初始應力狀態(tài)，從而提高圍巖承載力，充分調(diào)動深部巖體強度，實現(xiàn)深埋隧道圍巖有效控制。

技術(shù)研發(fā)人員：胡杰,何滿潮,劉冬橋
受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學（北京）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19