CN112832863B - 适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，从围岩级别、地应力大小、地下水发育条件、强度应力比、绝对变形量和相对变形量五个方面提供判定依据，并在此基础考虑各评价因素的权重因子，提出了围岩变形程度评价指标ELD，基于围岩变形程度评价指标ELD可以将围岩变形程度分为为无大变形、轻微大变形Ⅰ、中等大变形Ⅱ和严重大变形Ⅲ四种情况。本发明能为划分挤压性千枚岩和碳质板岩隧道的变形等级提供判别标准，同时也为施工人员能全面了解挤压性千枚岩和碳质板岩的分级提供理论依据和方法。本发明具有适应范围广，试验精度高、针对性强、分级方法简单、可靠等优点，为隧道工程安全施工提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及隧道围岩变形分级方法领域，特别是一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法。
背景技术
隧道穿越高地应力、较强残余构造应力及断层破碎带时，围岩大变形是一种分布广泛的、危害极大的施工地质灾害。隧道大变形是软弱围岩在地应力、施工影响和地下水等因素共同作用下，隧道围岩的一种受力变形破坏现象，其实质是隧道开挖引起了围岩地应力的再次分布，造成岩体失去或部分失去自稳能力，围岩变形得不到抑制，使得围岩产生松动区，进而使隧道支护体系遭到破坏。当隧道发生大变形时，围岩松动圈扩展很快，极有可能发生大变形甚至塌方等灾害。如能对软弱围岩地段的隧道围岩变形量进行有效的预测预报，就能够在发生大变形概率较大的地段，应用有效的支护手段来防止大变形发生。因此，隧道变形等级的预测预报能为施工过程中的围岩的支护设计参数修正提供有效的参考。
而已有研究成果表明，软岩隧道围岩大变形的发生与围岩的岩性、地应力场大小、地质构造环境、结构特征、围岩的渗流场环境密切相关。国外学者Hoek和Marlinos在文献《Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses》提出以洞壁相对位移为参数，对不同严重程度的大变形进行分级,并借助数值计算的方法得到了与之对应的岩体强度应力比。在国内的川藏公路二郎山隧道勘察设计阶段，交通部第一公路勘察设计院在《川藏公路二郎山隧道两阶段施工图设计报告》中以围岩主要工程地质条件、σHmax、相对变形量和估计变形量等为判断指标，也给出了围岩大变形的分级方案。可以看出，目前国内外学者对围岩大变形分级问题有各自的见解，但对于围岩是否发生大变形尚未形成一致的判定标准。并且国内也未出现相关的挤压性千枚岩与碳质板岩的变形分级依据标准,多数只是考虑如何解决隧道支护结构以及稳定性的问题,并未注重深入研究挤压性千枚岩在不同因素影响下的变形情况,导致了对挤压性千枚岩认识的不足,无法采取相关的针对性措施。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的问题，提供一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，具有针对性强、分级方法简单、可靠等优点，适用于超高地应力作用下软岩隧道变形的预测与分析，能够为此类工程的安全施工提供保障。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，包括如下步骤：
S1、根据地勘资料，获取隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数包括：隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量；
S2、分别对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量进行等级划分，并对所划分的每个等级进行评分；
S3、在步骤S2的基础上，设定一个隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD，并根据得到的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD的数值对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度进行等级划分；
S4、根据步骤S3的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度所划分的等级确定各等级对应的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩变形特征。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级划分为：①Ⅰ、Ⅱ；②Ⅲ；③Ⅳ强；④Ⅳ弱；⑤Ⅴ强；⑥Ⅴ弱。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力的等级划分为： ①≤10MPa；②10～20 MPa；③20～30 MPa；④30～40 MPa；⑤40～55 MPa；⑥≥55 MPa。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态的等级划分为：①不发育；②湿润，渗水；③较发育，点滴状；④发育，淋雨状；⑤发育，细股状；⑥发育，涌流状。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比的等级划分为：①≥0.7；②0.5～0.7；③0.4～0.5；④0.3～0.4；⑤0.1～0.2；⑥≤0.1。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围绝对变形量的等级划分为：①≤10mm；②10～30mm；③30～50mm；④50～70mm；⑤70～100mm；⑥≥100mm。
进一步地，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量的等级划分为：①≤0.5mm；②0.5～1mm；③1～2.5mm；④2.5～4mm；⑤4～6mm；⑥≥6mm。
进一步地，所述步骤S2中，对所划分的每个等级进行评分如下表：
进一步地，所述步骤S3中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD=围岩级别×0.1+地应力×0.1+地下水×0.1+强度应力比×0.2+绝对变形量×0.25+相对变形量×0.25，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度进行等级划分如下表：
| 大变形等级 | 无大变形 | 轻微大变形Ⅰ | 中等大变形Ⅱ | 严重大变形Ⅲ |
| <i>ELD</i> | ≤1 | 1~4 | 4~7 | 7~10 |
进一步地，所述步骤S4中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度所划分的等级对应的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩变形特征如下表：
| 大变形等级 | 无大变形 | 轻微大变形Ⅰ | 中等大变形Ⅱ | 严重大变形Ⅲ |
| 围岩变形特征 | 当开挖面影响结束后，位移将收敛，持续时间较短，隧道将保持稳定 | 洞壁有较大的位移，持续时间较长 | 洞壁位移明显，洞底有***现象，变形持续时间长 | 洞底有明显***现象，持续时间长，流变特征很明显 |
与现有技术相比，本发明从围岩级别、地应力大小、地下水发育条件、强度应力比、绝对变形量和相对变形量六个方面提供判定依据，提出了适用于超高地应力软岩大变形分级的评价标准；并在此基础考虑各评价因素的权重因子，提出了围岩变形程度评价指标ELD，基于围岩变形程度评价指标ELD可以将围岩变形程度分为为无大变形、轻微大变形Ⅰ、中等大变形Ⅱ和严重大变形Ⅲ四种情况。本发明能为划分挤压性千枚岩和碳质板岩隧道的变形等级提供判别标准，同时也为施工人员能全面了解挤压性千枚岩和碳质板岩的分级提供理论依据和方法。本发明具有适应范围广，试验精度高、针对性强、分级方法简单、可靠等优点，为隧道工程安全施工提供保障。
附图说明
图1为本发明的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，本实施例提供了一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，具体步骤如下：
首先根据地勘资料，获取隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数包括：隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量；分别对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量进行等级划分，并对所划分的每个等级进行评分，具体表1所示。
表1
本实施例中，设定了一个隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD=围岩级别×0.1+地应力×0.1+地下水×0.1+强度应力比×0.2+绝对变形量×0.25+相对变形量×0.25，并根据得到的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD的数值对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度进行等级划分：无大变形、轻微大变形Ⅰ、中等大变形Ⅱ和严重大变形Ⅲ，具体如表2所示。
表2
| 大变形等级 | 无大变形 | 轻微大变形Ⅰ | 中等大变形Ⅱ | 严重大变形Ⅲ |
| <i>ELD</i> | ≤1 | 1~4 | 4~7 | 7~10 |
最后，可以根据上述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度所划分的等级确定各等级对应的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩变形特征：无大变形对应的围岩变形特征为：当开挖面影响结束后，位移将收敛，持续时间较短，隧道将保持稳定； 轻微大变形Ⅰ对应的围岩变形特征为: 洞壁有较大的位移，持续时间较长；中等大变形Ⅱ对应的围岩变形特征为：洞壁位移明显，洞底有***现象，变形持续时间长；严重大变形Ⅲ对应的围岩变形特征为：洞底有明显***现象，持续时间长，流变特征很明显，如表3所示。
表3
| 大变形等级 | 无大变形 | 轻微大变形Ⅰ | 中等大变形Ⅱ | 严重大变形Ⅲ |
| 围岩变形特征 | 当开挖面影响结束后，位移将收敛，持续时间较短，隧道将保持稳定 | 洞壁有较大的位移，持续时间较长 | 洞壁位移明显，洞底有***现象，变形持续时间长 | 洞底有明显***现象，持续时间长，流变特征很明显 |
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据地勘资料，获取隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩参数包括：隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量；
S2、分别对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比、隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩绝对变形量和隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量进行等级划分，并对所划分的每个等级进行评分；
S3、在步骤S2的基础上，设定一个隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD，并根据得到的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD的数值对隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度进行等级划分；
S4、根据步骤S3的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度所划分的等级确定各等级对应的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩变形特征。
2.根据权利要求1所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩等级划分为：①Ⅰ、Ⅱ；②Ⅲ；③Ⅳ强；④Ⅳ弱；⑤Ⅴ强；⑥Ⅴ弱。
3.根据权利要求2所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩初始地应力的等级划分为：①≤10MPa；②10～20MPa，不包括端点；③20～30MPa，不包括端点30；④30～40MPa，不包括端点40；⑤40～55MPa，不包括端点55；⑥≥55MPa。
4.根据权利要求3所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中地下水的发育状态的等级划分为：①不发育；②湿润，渗水；③较发育，点滴状；④发育，淋雨状；⑤发育，细股状；⑥发育，涌流状。
5.根据权利要求4所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩地层中围岩强度应力比的等级划分为：①≥0.7；②0.5～0.7，不包括端点0.7；③0.4～0.5，不包括端点0.5；④0.3～0.4，不包括端点0.4；⑤0.1～0.2，不包括端点0.1；⑥≤0.1。
6.根据权利要求5所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩绝对变形量的等级划分为：①≤10mm；②10～30mm，不包括端点；③30～50mm，不包括端点50；④50～70mm，不包括端点70；⑤70～100mm，不包括端点100；⑥≥100mm。
7.根据权利要求6所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩相对变形量的等级划分为：①≤0.5mm；②0.5～1mm，不包括端点；③1～2.5mm，不包括端点2.5mm；④2.5～4mm，不包括端点4mm；⑤4～6mm，不包括端点6mm；⑥≥6mm。
8.根据权利要求7所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所划分的每个等级进行评分如下表：
9.根据权利要求8所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度评价指标ELD＝围岩级别×0.1+地应力×0.1+地下水×0.1+强度应力比×0.2+绝对变形量×0.25+相对变形量×0.25，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度进行等级划分如下表：
10.根据权利要求9所述的适用于超高地应力作用下软岩隧道变形等级的分级方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩的变形程度所划分的等级对应的隧道挤压性千枚岩及碳质板岩围岩变形特征如下表：
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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