本發(fā)明涉及地下洞室施工
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種確定大型地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
：隨著西部水利工程、水電工程和交通工程的發(fā)展，將修建越來(lái)越多的地下工程。在西部特殊的地質(zhì)和地形條件下，高地應(yīng)力問(wèn)題常常困擾著地下工程的設(shè)計(jì)和開(kāi)挖支護(hù)施工，并可能影響到地下洞室圍巖的長(zhǎng)期穩(wěn)定。高地應(yīng)力、大跨度、復(fù)雜地下洞室群圍巖的支護(hù)設(shè)計(jì)是當(dāng)前水電工程和地下工程研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，在地下洞室圍巖的支護(hù)設(shè)計(jì)中，采用的支護(hù)方式一般為噴混凝土、預(yù)應(yīng)力錨索、預(yù)應(yīng)力錨桿、普通錨桿等。根據(jù)現(xiàn)有最新技術(shù)，如《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》GB50086–2015中，對(duì)于地下洞室圍巖的支護(hù)強(qiáng)度(單位面積的支護(hù)應(yīng)力)通常根據(jù)圍巖類(lèi)別和洞室規(guī)模等因素來(lái)確定。然而，在上述確定支護(hù)強(qiáng)度的過(guò)程中，并沒(méi)有考慮到圍巖地應(yīng)力的影響，也沒(méi)有考慮到巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度的影響。而越來(lái)越多的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)告訴我們，面對(duì)相同的洞室規(guī)模，相同種類(lèi)的圍巖，但是當(dāng)?shù)貞?yīng)力和/或巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度不同的情況時(shí)，采用同樣的支護(hù)強(qiáng)度是不能滿(mǎn)足所有圍巖情況的。因此，在地下洞室圍巖的支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定過(guò)程中，有必要考慮地應(yīng)力的影響以及巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度的影響。另外，在文獻(xiàn)“基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的大型地下洞室群布置設(shè)計(jì)方法”，張勇，肖平西，程麗娟，巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，第33卷，第11期，2014年11月；中已經(jīng)具體闡述了“2.3巖石強(qiáng)度應(yīng)力比與洞室圍巖破壞模式”的關(guān)系，以及“2.4巖石強(qiáng)度應(yīng)力比與圍巖變形特征”的關(guān)系。其中所指的巖石強(qiáng)度應(yīng)力比正是巖體飽和單軸抗壓強(qiáng)度與地應(yīng)力的比值大?。挥纱丝梢?jiàn)，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比對(duì)于圍巖破壞、變形等具有非常明顯的相關(guān)性。并且，隨著巖石強(qiáng)度應(yīng)力比指標(biāo)的降低，洞室群圍巖的破壞模式逐漸由結(jié)構(gòu)面控制型向復(fù)合控制型發(fā)展，直至應(yīng)力因素在復(fù)合控制型中起主導(dǎo)作用。由此可見(jiàn)，當(dāng)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比較小時(shí)，尤其有必要考慮其對(duì)圍巖支護(hù)穩(wěn)定性的影響。另外，在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》GB50086-2015中，明確定義跨度大于25m的為大跨度洞室。因?qū)χ行⌒偷牡叵露词?一般指跨度小于25m)的圍巖支護(hù)，采用傳統(tǒng)方式確定的支護(hù)強(qiáng)度，一般可以滿(mǎn)足圍巖支護(hù)的要求。但是對(duì)于大型地下洞室而言，其圍巖的穩(wěn)定性在低巖石強(qiáng)度應(yīng)力比條件時(shí)非常的不穩(wěn)定，必須足夠的支護(hù)強(qiáng)度才能保證圍巖的安全性，因此，僅采用傳統(tǒng)方式確定支護(hù)強(qiáng)度的話(huà)，很難滿(mǎn)足大型地下洞室的安全支護(hù)要求。因此，在這樣的情況下，有必要提出一種基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的大型地下洞室圍巖的支護(hù)強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有對(duì)地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)確定過(guò)程中，沒(méi)有考慮到巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的影響，為此本發(fā)明提供一種全新的，基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的確定大型地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種確定大型地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：A、測(cè)取地下洞室圍巖所對(duì)應(yīng)的飽和單軸抗壓強(qiáng)度R以及地應(yīng)力σ；B、根據(jù)公式S＝R/σ，計(jì)算出巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S；C、根據(jù)公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，計(jì)算出P0大?。籇、根據(jù)上述P0的大小，確定圍巖的支護(hù)強(qiáng)度P，并且滿(mǎn)足P≥P0。進(jìn)一步的是：在步驟D中，當(dāng)P0＜100時(shí)，取P＝100kPa；當(dāng)P0≥100時(shí)，取P0≤P≤1.3P0，。進(jìn)一步的是：在步驟D中，當(dāng)2≤S＜3時(shí)，P的取值范圍為250～340kPa；當(dāng)3≤S＜6時(shí)，P的取值范圍為120～250kPa；當(dāng)6≤S時(shí)，P的取值范圍為100～120kPa。進(jìn)一步的是：所述大型地下洞室圍巖采用錨桿加錨索的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是：在基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比的基礎(chǔ)上，確定圍巖的支護(hù)強(qiáng)度，因此實(shí)現(xiàn)了將圍巖支護(hù)強(qiáng)度直接與巖石強(qiáng)度應(yīng)力比相關(guān)聯(lián)，更加符合圍巖變形破壞的實(shí)際情況，更與實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)吻合。另外，本發(fā)明直接根據(jù)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比設(shè)計(jì)確定圍巖所需的支護(hù)強(qiáng)度，其設(shè)計(jì)過(guò)程更加簡(jiǎn)單、方便；簡(jiǎn)化了對(duì)圍巖支護(hù)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)確定過(guò)程。具體實(shí)施方式本發(fā)明所述的一種確定大型地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：A、測(cè)取地下洞室圍巖所對(duì)應(yīng)的飽和單軸抗壓強(qiáng)度R以及地應(yīng)力σ；B、根據(jù)公式S＝R/σ，計(jì)算出巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S；C、根據(jù)公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，計(jì)算出P0大??；D、根據(jù)上述P0的大小，確定圍巖的支護(hù)強(qiáng)度P，并且滿(mǎn)足P≥P0。本發(fā)明是基于巖石強(qiáng)度應(yīng)力比來(lái)確定大型地下洞室圍巖支護(hù)強(qiáng)度的方法，其所述大型地下洞室，是指洞室的跨度大于25m的情況。其中，對(duì)于飽和單軸抗壓強(qiáng)度R以及地應(yīng)力σ等參數(shù)的測(cè)量，本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用已知的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因此本發(fā)明中不再具體闡述。需要指出的是，上述飽和單軸抗壓強(qiáng)度R以及地應(yīng)力σ，均是在圍巖上需要支護(hù)的位置進(jìn)行測(cè)量，并且飽和單軸抗壓強(qiáng)度R是巖石強(qiáng)度的其中一個(gè)指標(biāo)，通常在計(jì)算巖石強(qiáng)度應(yīng)力比時(shí)采用該指標(biāo)與地應(yīng)力σ來(lái)計(jì)算；當(dāng)然如有必要，也可采用其它巖石強(qiáng)度指標(biāo)替換飽和單軸抗壓強(qiáng)度。另外，對(duì)于地應(yīng)力σ的測(cè)量一般是測(cè)量初始地應(yīng)力大小，或者測(cè)量二次地應(yīng)力大小。本發(fā)明中的計(jì)算公式P0＝﹣135ln(S)+340(kPa)，是發(fā)明人結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)后歸納出的一個(gè)可以確定支護(hù)強(qiáng)度的具體計(jì)算方法；其P0的大小，只與圍巖的具體巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S相關(guān)，其中P0可大致理解為一種參照支護(hù)強(qiáng)度值或者一種初步確定的支護(hù)強(qiáng)度值。而在最終確定圍巖的支護(hù)強(qiáng)度P時(shí)，可以在P0的基礎(chǔ)上，綜合考慮其它的一些因素，例如綜合考慮圍巖類(lèi)別、洞室規(guī)模以及支護(hù)的具體方式等因素最終確定；當(dāng)然，也可無(wú)需綜合考慮其他因素而直接確定P的大小，如可直接確定P＝P0。不管是否考慮其它因素，最終確定的支護(hù)強(qiáng)度P，其至少應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足P≥P0的要求。另外，由于上述公式本身為經(jīng)驗(yàn)公式，因此本發(fā)明中對(duì)于P0和P的單位，明確定為kPa，并且該單位本身不受飽和單軸抗壓強(qiáng)度R的單位以及地應(yīng)力σ的單位的影響。另外，為了保證足夠的支護(hù)強(qiáng)度，在步驟D中，具體可分為如下情況選取P值的大?。寒?dāng)P0＜100時(shí)，取P＝100kPa；當(dāng)P0≥100時(shí)，取P0≤P≤1.3P0，并且滿(mǎn)足P≥100。其中，當(dāng)P0＜100時(shí)，對(duì)應(yīng)的巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S大于7，按照上述公式計(jì)算得到的P0較小，但是為了保證對(duì)圍巖的有效支護(hù)，因此選取P＝100kPa；而設(shè)置取P0≤P≤1.3P0的目的，則是為了避免過(guò)度支護(hù)而造成資源浪費(fèi)的情況，而且，雖然本發(fā)明以巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S作為擬定最終P值的主要參考因素，但是在實(shí)際情況下，由于對(duì)P值的最終擬定通常還受其他眾多因素的影響，因此，通過(guò)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S后給出P值一個(gè)可選的區(qū)間范圍，然后再結(jié)合其它因素最終擬定P值的確定值，這樣才更便于實(shí)際操作。并且上述給出的區(qū)間P0≤P≤1.3P0，其本身范圍已經(jīng)比較小，因此對(duì)最終確定P值的大小是比較方便的。另外，本發(fā)明還可根據(jù)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S的大小，首先確定出圍巖可能的破壞類(lèi)型，然后再根據(jù)其破壞類(lèi)型所對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度的選取范圍確定圍巖的支護(hù)強(qiáng)度P；另外，如果出現(xiàn)巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S小于2的情況時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，不適宜修建地下廠房，因此本發(fā)明中不再考慮S小于2的情況。具體的劃分選取方式可參照下表1中所示：表1不同巖石強(qiáng)度應(yīng)力比條件下圍巖邊墻支護(hù)強(qiáng)度巖石強(qiáng)度應(yīng)力比/S圍巖破壞類(lèi)型支護(hù)強(qiáng)度P的范圍(kPa)2≤S＜3應(yīng)力控制型250～3403≤S＜6復(fù)合控制型120～2506≤S結(jié)構(gòu)控制型100～120另外，本發(fā)明中，所述大型地下洞室圍巖可采用錨桿加錨索的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度效果。具體的，既是在步驟D確定支護(hù)強(qiáng)度P后，再按照錨桿加錨索的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)確定具體的支護(hù)布置方案，以確保最終達(dá)到相應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度P。之所以?xún)?yōu)選采用錨索加錨桿的支護(hù)防范，是因?yàn)樵诔Ｒ?guī)的支護(hù)方式，如噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、襯砌、錨桿、錨索、灌漿等支護(hù)方式中，只有錨桿和錨索，才能提供主動(dòng)支護(hù)力，而其余的支護(hù)方式一般為被動(dòng)的提供支護(hù)力，因此為了實(shí)現(xiàn)提供主動(dòng)的“支護(hù)強(qiáng)度”，本發(fā)明優(yōu)選采用錨桿加錨索的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的方法的具體實(shí)施過(guò)程如下：首先測(cè)取大型地下洞室工程相應(yīng)的巖石強(qiáng)度為R以及地應(yīng)力為σ，然后計(jì)算出巖石強(qiáng)度應(yīng)力比S＝R/σ，在計(jì)算出S后，可查表1，初步預(yù)測(cè)其圍巖破壞類(lèi)型以及相應(yīng)支護(hù)強(qiáng)度P的選取范圍；或者也可根據(jù)公式P＝﹣135ln(S)+340(kPa)計(jì)算出相應(yīng)的P0值，然后可再綜合考慮其它因素確定出最終的P值大?。换蛘咭部蔁o(wú)需再綜合考慮其它因素，而直接取P＝P0，作為最終確定的圍巖支護(hù)強(qiáng)度。當(dāng)然，不管如何確定P值大小，均需要滿(mǎn)足P≥P0的要求。之后，再根據(jù)P值大小，確定出在采用錨桿和錨索組合支護(hù)結(jié)構(gòu)的方式下的具體布置方案。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3