【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道工程，具体地说，涉及一种隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法。
技术介绍
1、随着隧道建设的迅猛发展，开挖过程中穿越的软弱地层情况愈加增多，水平高压旋喷桩因其良好的承载特性及防渗堵水作用，常用于隧道中加固软弱围岩。水平高压旋喷桩属于高压旋喷注浆的一种，高压浆液冲切土体，形成浆液固结体，可在隧道周边形成环状旋喷拱棚，起到地层预加固的作用，很大程度上限制了隧道变形。基于厦深铁路梁山隧道断层埋深大、围岩富水软弱、岩体破碎、岩质软硬不均的特点，采用了水平高压旋喷桩加固方案，解决了梁山隧道断层富水量大、岩土软弱破碎的技术难题，验证了水平高压旋喷桩在软弱富水隧道应用中的可行性。同时，水平高压旋喷桩在软弱地层中有着极强的适用性，其形成的加固体的防渗、堵砂等作用，极大地改善了地层性质；但关于水平高压旋喷各技术参数设计的研究较少。有学者综合考虑了地层性质、固结体强度及刚度以及化学收缩和蠕变等各个因素，建立二维模型，针对了不同土层分布给出了最佳布置方案，但关于旋喷桩加固设计参数对加固效果的影响研究不足。有学者采用二维解析法对水平高压旋喷桩设计参数进行优化设计，提出了旋喷桩最优形状和最小结构厚度的确定方法，由于采用的是二维分析模型，仅考虑了旋喷桩二维拱效应对结构稳定性的作用，未考虑旋喷桩纵向上的梁结构作用，对实际工程应用指导性较小。
2、研究表明，水平高压旋喷桩在砂质地层、全强风化岩等软弱地层中有着较高的适用性，其形成的加固体的防渗、堵砂等作用，极大地改善了地层性质，研究人员对于水平高压旋喷桩在砂质地层中的适用性及应
3、水平高压旋喷桩在隧道软弱围岩超前预支护具有良好的适用性，但目前大部分水平高压旋喷桩法加固的桩长主要根据工程经验进行设计，缺乏系统性研究，导致在实际应用中存在桩体断裂引起加固失效或桩长设计过短造成施工周期、成本显著上升。其原因在于：1、对于桩长取值没有科学合理的技术体系，未形成综合成桩质量-是否发挥“梁拱效应”-围岩加固效果-桩体受力四个判据完整规范的技术体系。2、未考虑桩体间相互搭接、咬合形成的梁-拱效应，进而忽略了桩体间应力传递效应，对于桩体受力机制尚不明晰，应根据桩体的实际受力与围岩加固效果选择合理的桩长参数；3、忽略了不同围岩荷载、地层岩性与地下水压力对于高压旋喷桩桩长参数取值的影响。
技术实现思路
1、本专利技术的内容是提供一种隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其能够解决现有水平高压旋喷桩桩长取值不规范的问题。
2、根据本专利技术的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其包括以下步骤：
3、隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其包括以下步骤：
4、步骤1：确定隧道围岩的基本力学性质与地下水条件；
5、步骤2：初步评估成桩质量与桩长范围；
6、步骤3：采用数值模拟方法分别建立不同桩长的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩加固数值模型；
7、步骤4：判定水平高压旋喷桩加固后围岩变形是否满足规范要求；
8、步骤5：判定水平高压旋喷桩是否发挥了梁拱效应；
9、步骤6：判断桩体最大拉应力是否超过极限抗拉强度；
10、步骤7：重复步骤3-6，缩减桩长范围，于范围内确定最大桩长。
11、作为优选，步骤1中，具体为：
12、基于工程勘察资料或现场钻孔取样，对软弱围岩的弹性模量、泊松比、重度、黏聚力、内摩擦角5个参数进行测试，从而获取围岩基本力学参数；同样基于工程勘察资料或于掌子面拱顶、拱肩与边墙处安装水压力监测设备，以确定地下水压力，并通过室内岩样渗透试验获取围岩的地下水渗透系数。
13、作为优选，步骤2中，具体为：
14、步骤2.1：根据步骤1中求得的围岩基本力学参数、地下水压力与渗透系数初步评估成桩质量，围岩力学性质越好，桩体的搅拌混合与浆液挤压渗透部分力学性能越好，成桩质量越好；地下水压越高或渗透系数越小，则高压浆液难以将地下水排出，浆液被稀释，桩体搅拌混合与浆液挤压渗透部分力学性能越差，成桩质量就越差；
15、步骤2.2：影响水平高压旋喷桩成桩质量的施工参数包括：浆液类型、浆液配比、喷浆压力、提升速度；
16、(1)浆液类型根据步骤1中围岩基本力学参数、地下水压力与渗透系数合理选取；
17、(2)浆液配比根据围岩基本力学参数、地下水压力与围岩渗透系数对应增加或减少水泥-添加剂-水的配合比；
18、(3)喷浆压力根据地下水压与渗透系数选取，若地下水压高，围岩渗透系数小则应对应增加喷浆压力，以使水平高压旋喷桩充分发挥混合搅拌与挤压渗透作用；
19、(4)提升速度，应结合施工效率合理选择；
20、若围岩力学性质差、地下水压高，则应选取具备早强、抗渗的水泥浆液，水泥-添加剂-水的配合比可适量增大，对应增加喷浆压力，提升速度则对应减小，以保障成桩质量；
21、步骤2.3：若施工参数确定，则根据步骤2.1、步骤2.2综合评价成桩质量，从而对桩长的取值范围进行初步划定；若成桩质量差，应对应减小桩长取值范围，反之则对应增加桩长范围。
22、作为优选，步骤3中，具体为：
23、步骤3.1：采用midas gts数值模拟软件建立隧道软弱围岩水平高压旋喷桩超前预支护数值模型：取y轴正方向为隧道开挖的前进方向，地表的外法线方向为z轴正方向，水平面右方向为x轴正方向；隧道跨度与高度参照实际工程，隧道外轮廓围岩的左右尺寸不少于3～5倍隧洞半径，隧道底部的地层尺寸不少于隧道高度的2～3倍；隧道模型初支设置有喷射混凝土与钢拱架，将初期支护简化成赋予属性的曲面壳体结构并支护在隧道洞内四周，钢拱架依据抗压刚度简化原则，将钢拱架的弹性模量折算到喷射混凝土上，折算公式见公式(1)：
24、
25、式中：e为折算后喷射混凝土的弹性模量；e0为原喷射混凝土的弹性模量；sg为钢拱架截面面积；eg为钢拱架的弹性模量；sc为喷射混凝土截面面积；
26、围岩服从摩尔—库伦准则，采用实体单元模拟；初支采用板单元模拟，本构模型采用弹性本构模型；旋喷桩体采用梁单元模拟；围岩的相关基本力学参数基于步骤1获取，初支与旋喷桩体的相关力学参数通过现场测试或参照工程实例进行取值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤1中，具体为：
3.根据权利要求2所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤2中，具体为：
4.根据权利要求3所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤3中，具体为：
5.根据权利要求4所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤4中，具体为：
6.根据权利要求5所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤5中，具体为：
7.根据权利要求6所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤6中，具体为：
8.根据权利要求7所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤7中，具体为：
【技术特征摘要】
1.隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤1中，具体为：
3.根据权利要求2所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤2中，具体为：
4.根据权利要求3所述的隧道软弱围岩水平高压旋喷桩的桩长确定方法，其特征在于：步骤3中，具体为：
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐华，张海涛，王秋懿，许劲松，韦猛，刘刚，李孝应，王清华，张世豪，刘语诗，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。