一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，在隧道一个循环完成且露出新的掌子面后，对掌子面围岩RMR级别进行确定；根据掌子面围岩RMR分级结果以及岩体破碎程度，确定隧道的支护方式；根据掌子面围岩RMR分级结果，基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型确定最终隧道开挖方式。本发明专利技术中隧道支护方式和开挖方式的确定方法能很大程度简化隧道的设计工作。此外，本发明专利技术中隧道自稳时间的确定为隧道施工开挖方法提供了新思路。时间的确定为隧道施工开挖方法提供了新思路。时间的确定为隧道施工开挖方法提供了新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工
，尤其涉及一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的不断发展，隧道工程的发展十分迅速，目前我国山岭隧道普遍采用的施工方法为20世纪50年代奥地利学者提出的新奥法。近年来，我国引入了岩土控制变形分析法，即新意法，目前新意法在我国处于推广应用阶段。
[0003]新意法由意大利学者Pietro教授于20世纪70年代提出，其核心思想是超前核心土的变形是隧道变形的主要原因，其设计施工程序一共分为五个步骤：勘察阶段、诊断阶段、处治阶段、实施阶段、检测阶段。其中，诊断阶段需要通过数学方法预测隧道超前核心土的稳定性，根据超前核心土的稳定性选择隧道的支护类型。然而数学方法使用起来较为困难，在现场使用时较难实现。此外，新意法设计施工程序中仅说明了隧道支护形式的确定方法，隧道的开挖方式并未做详细说明，在现场施工时还需根据实际情况决定开挖方式。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0007]S1：在隧道一个循环完成且露出新的掌子面后，对掌子面围岩RMR级别进行确定；
[0008]S2：根据掌子面围岩RMR分级结果以及岩体破碎程度，是否处于特殊地段，确定隧道的支护方式；
[0009]S3：根据掌子面围岩RMR分级结果，基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型确定最终隧道开挖方式。
[0010]进一步的，步骤S1的具体操作包括以下步骤，
[0011]S101：在掌子面处取多个岩块，进行载荷强度试验，确定掌子面围岩的点载荷强度；
[0012]S102：测量掌子面围岩的等级参数，所述等级参数包括掌子面上主要不连续面长度，宽度，粗糙度，风化程度，填充情况，产状以及不连续面间距；
[0013]S103：根据掌子面上不连续面间距，计算掌子面围岩的RQD值，
[0014]RQD＝115
‑
3.3J
V
[0015]J
V
＝1/S1+1/S2+
……
1/S
n
[0016]式中，J
V
为单位体积节理数；S1，S2，
……
，S
n
为掌子面不连续面的间距；
[0017]S104：观察掌子面，判断掌子面状态，所述掌子面状态包括干燥、潮湿、湿润、滴水
和流动；
[0018]S105：根据步骤S101～S104的结果，计算掌子面围岩RMR级别。
[0019]进一步的，掌子面围岩RMR级别为II级，岩体轻微破碎时，支护方式为：拱项预支护采用全灌浆岩石锚杆7
‑
12根，长6.0m，纵向间距1.2m，横向间距2.05m；初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土；二衬采用厚度为40cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土。
[0020]进一步的，掌子面围岩RMR级别为II
‑
III级，岩体中度破碎时，支护方式为：初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀160工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.2
±
10％m；二衬采用厚度为40cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土；
[0021]掌子面围岩RMR分级为II
‑
III级，且处于特殊地段时，支护方式为：拱顶预支护采用壁厚10mm的39
±
10根直径114.3mm钢管；初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀160工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.0m；二衬采用厚度为40cm～110cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土。
[0022]进一步的，掌子面围岩RMR级别为III
‑
IV级，岩体中度至高度破碎时，支护方式为：初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀180工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.2
±
10％m；二衬采用厚度为65cm的素混凝土，仰拱采用厚度为80cm的钢筋混凝土；
[0023]掌子面围岩RMR级别为III
‑
IV级，岩体中度破碎时，支护方式为：拱顶预支护采用全灌浆岩石锚杆7
‑
12根，长6.0m，纵向间距为1.4m，横向间距2.05m；初支采用20cm厚度的钢纤维喷射混凝土，2榀180工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.4
±
10％m；二衬采用厚度为65cm的素混凝土，仰拱采用厚度为80cm的钢筋混凝土。
[0024]进一步的，掌子面围岩RMR级别为IV级，且处于特殊地段时，支护方法为：拱顶预支护采用壁厚10mm的39
±
10根直径114.3mm钢管；初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀180工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.0m；二衬采用厚度为40cm～110cm的钢筋混凝土，仰拱采用厚度为80cm钢筋混凝土；
[0025]掌子面围岩RMR级别为IV级以及IV级以上，未处于特殊地段时，支护方法为：拱顶预支护采用壁厚10mm的39
±
10根直径114.3mm钢管；初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀180工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.0m；超前核心土加固采用长18.0m的55
±
10％根玻璃纤维导管；二衬采用厚度65cm的钢筋混凝土，仰拱采用厚度为80cm的钢筋混凝土。
[0026]进一步的，所述特殊地段包括低覆盖层、隧道轴线与边坡平行、岩体破碎、涌水强烈以及接近断层带。
[0027]进一步的，步骤S3的具体操作包括以下步骤，
[0028]S301：根据掌子面围岩RMR分级结果，确定初步隧道开挖方式；
[0029]S302：构建基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型，计算隧道的自稳时间；
[0030]S303：对比隧道的自稳时间与步骤S301中确定的不同初步隧道开挖方式所需的时间，确定最终隧道开挖方式。
[0031]进一步的，步骤S301中，初步隧道开挖方式包括全断面开挖法、二台阶法和三台阶法。
[0032]进一步的，步骤S302中构建基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型的具体操作包括以下步骤，
[0033]S3021：根据隧道的埋深对Nguyen模型的系数进行修正；
[0034]深埋情况下，Nguyen的修正系数为K＝A1H
‑
3.333
，式中，A1＝4.75E+23RMR
‑
7.75
，式中，H为隧道的埋深，E为掌子面围岩的弹性模量；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：在隧道一个循环完成且露出新的掌子面后，对掌子面围岩RMR级别进行确定；S2：根据掌子面围岩RMR分级结果以及岩体破碎程度，是否处于特殊地段，确定隧道的支护方式；S3：根据掌子面围岩RMR分级结果，基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型确定最终隧道开挖方式。2.根据权利要求1所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括以下步骤，S101：在掌子面处取多个岩块，进行载荷强度试验，确定掌子面围岩的点载荷强度；S102：测量掌子面围岩的等级参数，所述等级参数包括掌子面上主要不连续面长度，宽度，粗糙度，风化程度，填充情况，产状以及不连续面间距；S103：根据掌子面上不连续面间距，计算掌子面围岩的RQD值，RQD＝115
‑
3.3J
V
J
V
＝1/S1+1/S2+
……
1/S
n
式中，J
V
为单位体积节理数；S1，S2，
……
，S
n
为掌子面不连续面的间距；S104：观察掌子面，判断掌子面状态，所述掌子面状态包括干燥、潮湿、湿润、滴水和流动；S105：根据步骤S101～S104的结果，计算掌子面围岩RMR级别。3.根据权利要求1所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，掌子面围岩RMR级别为II级，岩体轻微破碎时，支护方式为：拱顶预支护采用全灌浆岩石锚杆7
‑
12根，长6.0m，纵向间距1.2m，横向间距2.05m；初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土；二衬采用厚度为40cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土。4.根据权利要求3所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，掌子面围岩RMR级别为II
‑
III级，岩体中度破碎时，支护方式为：初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀160工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.2
±
10％m；二衬采用厚度为40cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土；掌子面围岩RMR分级为II
‑
III级，且处于特殊地段时，支护方式为：拱顶预支护采用壁厚10mm的39
±
10根直径114.3mm钢管；初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀160工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.0m；二衬采用厚度为40cm～110cm的素混凝土，仰拱采用厚度为70cm的素混凝土。5.根据权利要求4所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法，其特征在于，掌子面围岩RMR级别为III
‑
IV级，岩体中度至高度破碎时，支护方式为：初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混凝土，2榀180工字钢组合的型钢拱架，纵向间距1.2
±
10％m；二衬采用厚度为65cm的素混凝土，仰拱采用厚度为80cm的钢筋混凝土；掌子面围岩RMR级别为III
‑
IV级，岩体中度破碎时，支护方式为：拱顶预支护采用全灌浆岩石锚杆7
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王业涛，丁立波，裴佳峰，王付华，魏晓航，鲍俊超，巴文雯，王征，宋战平，田小旭，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：