CN113360998A - 一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，包括：统计全线隧道已发生大变形断面与其发生表观现象、地质条件、工法及支护参数；以及大变形发生后处治措施；根据公路隧道设计规范JTG 3370.1‑2018对全线软岩隧道已发生大变形段进行等级判定；基于掌子面揭露情况和/或监控量测数据对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策。本发明可作为不同大变形等级下隧道未开挖段的动态施工指南，确保隧道、施工人员及设备的安全。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程技术领域，特别是一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法。
背景技术
在山区高速公路修建的过程中，由于地质条件极其复杂，环境敏感，生态脆弱，隧址区存在大量软弱围岩，软弱围岩分布范围广、岩体条件差、互层现象严重，层间连接差，遇水易软化，具有明显的各向异性及流变特性，并且由于隧道埋深大，将产生极高的初始地应力，在上述不利因素的叠加作用下，软岩隧道会发生不同程度的大变形破坏，大变形破坏将造成初支剥落、钢拱架扭曲变形、边墙鼓包、变形过大至严重侵限、掌子面溜塌及大面积二衬开裂等问题，给施工人员、设备安全以及施工进度等带来了非常不利的影响，因而针对大变形隧道，有必要采取措施有效控制其围岩与隧道的安全与稳定。
目前关于软岩大变形隧道的发明与研究，大多只针对某一种软弱岩体，提出控制大变形的一种新的超前加固方式或是支护加固装置及方法，也有少数根据经验公式、数值模拟或者数学模型对大变形隧道进行分级预测的，但未有***的针对不同大变形等级隧道，对其大变形趋势进行动态判定并作出施工决策，目前现有的研究发明无法很好的指导大变形隧道的施工，并且针对不同等级大变形隧道的变形趋势判定与施工决策应该是从两个阶段出发进行考虑的，两个阶段分别为基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策以及基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策，目前未有两阶段大变形的趋势预判及施工决策，为此，为更好的从已有隧道施工中揭露的掌子面情况以及监控量测的数据情况，去判定大变形的趋势，并制定出该大变形下的工法支护处治措施等参数，需要对正在施工的大变形隧道的相关表观现象、地质条件、监控量测数据、工法、支护结构参数以及处治措施等进行统计，制定大变形分级方案对其大变形等级进行判定，并根据掌子面揭露情况以及监控量测数据对大变形趋势及施工决策进行两阶段判定。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，包括以下步骤：
S1、统计全线隧道已发生大变形断面与其发生表观现象、地质条件、工法及支护参数；以及大变形发生后处治措施；
S2、根据公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018对全线软岩隧道已发生大变形段进行等级判定；
S3、基于掌子面揭露情况和/或监控量测数据对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策。
进一步地，所述步骤S1中表观现象包括初支剥落掉块的情况、钢拱架变形扭曲的情况、边墙鼓包的情况、掌子面遛塌稳定的情况、二衬剥落产生裂缝的情况。
进一步地，所述步骤S2中大变形等级判定以公路隧道设计规范JTG3370.1-2018中大变形等级判定的依据为主，并根据国内外已有资料、软岩隧道自身特点、现场实际施工情况以及以及大量的数值模拟计算结果对公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中大变形等级判定的结果进行修正，所考虑主要参数为最大变形量、开挖后5天内最大变形速率即变形潜势、强度应力比Rc/σ1。
进一步地，所述步骤S3中基于掌子面揭露情况对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策包括以下步骤：
S3A1、统计分析不同等级大变形与其地质条件的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其地质条件间的共性；
S3A2、统计分析不同等级大变形与其工法和支护之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其工法支护之间的共性；
S3A3、根据前面不同等级大变形与其地质条件、工法和支护之间的关系，提出基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策。
进一步地，所述步骤S3A1包括以下步骤：
S3A11、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同岩性岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩性之间的规律；
S3A12、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同围岩级别岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩级别之间的规律；
S3A13、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同地下水情况下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地下水之间的规律，对地下水情况包括地下水潮湿情况、掌子面或侧壁出水情况、围岩水体流出情况、涌水量、围岩裂隙水情况以及隧道积水稀泥情况；
S3A14、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同围岩破碎程度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩破碎程度之间的规律；围岩破碎程度根据层间构造、节理发育情况、局部碎裂情况、构造作用情况、遛塌掉块情况、围岩剥离掉落情况以及土体浸水成团情况将其分类为岩体完整、较破碎、破碎、极破碎；
S3A15、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同岩层厚度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩层厚度之间的规律；
S3A16、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同层理角度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其层理角度之间的规律，层理与水平面之间角度的说明见附图；
S3A17、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同地应力下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地应力之间的规律。
进一步地，所述步骤S3A2包括以下步骤：
S3A21、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用超前加固方式的频次，绘制不同大变形等级下超前加固方式饼图，寻找大变形等级与超前加固方式之间的规律，并通过现场作用效果对超前加固方式进行修正；
S3A22、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用***锚杆类型以及长度的频次，绘制不同大变形等级下***锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与***锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对***锚杆情况进行修正；
S3A23、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用锁脚锚杆类型与长度的频次，绘制不同大变形等级下锁脚锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与锁脚锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对锁脚锚杆类型进行修正；
S3A24、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用钢拱架类型与间距的频次，绘制不同大变形等级下钢拱架类型与间距饼图，寻找大变形等级与钢拱架之间的规律，并通过现场作用效果对钢拱架情况进行修正；
S3A25、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用预留变形量的频次，绘制不同大变形等级下预留变形量饼图，寻找大变形等级与预留变形量之间的规律，并通过现场作用效果对预留变形量进行修正；
S3A26、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用衬砌形式、强度与厚度的频次，绘制不同大变形等级下衬砌形式、强度与厚度饼图，寻找大变形等级与衬砌形式、强度与厚度之间的规律，并通过现场作用效果对衬砌形式、强度与厚度进行修正；
S3A27、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用钢筋网类型及参数的频次，绘制不同大变形等级下钢筋网类型及参数饼图，寻找大变形等级与钢筋网类型及参数之间的规律，并通过现场作用效果对钢筋网类型及参数进行修正；
S3A28、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用施工工法的频次，绘制不同大变形等级下施工工法饼图，寻找大变形等级与施工工法之间的规律，并通过现场作用效果对施工工法进行修正；
S3A29、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用仰拱、二衬步距的频次，绘制不同大变形等级下仰拱、二衬步距饼图，寻找大变形等级与仰拱、二衬步距之间的规律，并通过现场作用效果对仰拱、二衬步距进行修正。
进一步地，所述步骤S3A3中，提出的基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策主要包括围岩级别、围岩岩性、岩体破碎程度、地下水发育情况、岩层厚度、层理与水平面角度、地应力以及建议相应大变形等级下建议采用的工法、台阶长度、台阶高度、开挖进尺、仰拱、二衬步距和建议采取的支护、超前支护措施、初支支护形式、初支喷混参数、钢筋网参数、***锚杆尺寸参数、锁脚锚杆尺寸参数、钢拱架类型及参数、预留变形量。
进一步地，所述步骤S3中基于监控量测数据对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策包括以下步骤：
S3B1、统计分析不同等级大变形与变形特征值的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其变形特征值的共性；
S3B2、统计分析不同等级大变形与其处治措施之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其处治措施之间的共性；
S3B3、根据前面不同等级大变形与其变形特征值与处治措施之间的关系，提出第二阶段的基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策出不同大变形等级下的变形潜势、最大变形速率、平均变形速率以及累计变形量的数值范围，提出已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施。
进一步地，所述步骤S3B1包括以下步骤：
S3B11、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的变形潜势，绘制大变形等级与变形潜势散点图，寻找相同大变形等级下变形潜势的聚集性规律；
S3B12、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的破坏前最大变形速率，绘制大变形等级与破坏前最大变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前最大变形速率的聚集性规律；
S3B13、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的破坏前平均变形速率，绘制大变形等级与破坏前平均变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前平均变形速率的聚集性规律；
S3B14、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的累计变形量，绘制大变形等级与累计变形量散点图，寻找相同大变形等级下累计变形量的聚集性规律。
进一步地，所述步骤S3B3具体包括：通过统计不同大变形等级下处治措施的使用频次，绘制不同大变形等级下处治措施的百分比饼图，并根据现场处治措施的处治效果，对最终采用的不同大变形等级下的处治措施进行修正；关于最终采取的不同大变形等级下的处治措施，分为两步进行考虑，分别为已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本方法从全线大变形隧道已发送大变形的大变形断面为依托，通过统计不同大变形断面的表观现象、地质条件、监控量测数据、工法及支护参数、大变形发生后处治措施，建立了基于掌子面揭露情况以及监控量测数据的两阶段大变形趋势预判及施工决策，该发明针对层状软岩隧道，只需统计大变形断面相应的掌子面揭露情况以及监控量测数据，就可以通过本两阶段大变形趋势预判及施工决策方法对相应的大变形隧道进行预判及决策，用于指导层状软岩大变形隧道的施工以及控制大变形隧道围岩支护结构稳定。
本发明基于掌子面揭露情况以及监控量测数据的两阶段大变形趋势预判及施工决策方法可以得到相比其他大变形等级趋势预判方法更为科学完整的结果。并且随着隧道的开挖，揭露的掌子面以及监控量测数据越来越多，可以根据新揭露的掌子面以及监控量测数据对大变形趋势预判及施工决策进行动态调整，能够更好的指导隧道的施工，保障软岩大变形隧道的变形以及围岩稳定，具有概念清晰，实现方便，成本较低等优点。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为层理与水平面角度的示意图说明。
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，本实施例具体公开了一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其主要分为两个阶段：基于掌子面揭露情况的不同大变形等级下趋势预判及施工决策和基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策，以下分别进行描述。
基于掌子面揭露情况的不同大变形等级下趋势预判及施工决策，其包括以下步骤：
S1：统计全线隧道已发生大变形断面与其发生表观现象、地质条件、工法及支护参数，表观现象应包括初支剥落掉块的情况、钢拱架变形扭曲的情况、边墙鼓包的情况、掌子面遛塌稳定的情况、二衬剥落产生裂缝的情况等情况；
S2：通过公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中对大变形等级的判定，对全线软岩隧道已发生大变形段进行等级判定，公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中采用变形量与隧道宽度的比值进行大变形等级的判定，公路隧道设计规范JTG3370.1-2018中大变形等级判定的相关内容见附表，大变形等级判定应以公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中大变形等级判定的依据为主，并可根据国内外已有资料、软岩隧道自身特点、现场实际施工情况以及以及大量的数值模拟计算结果对公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中大变形等级判定的结果进行修正。所考虑主要参数为最大变形量、变形潜势(开挖后5天内最大变形速率)、强度应力比(Rc/σ1)等；
S3：统计分析不同等级大变形与其地质条件的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其地质条件间的共性；
步骤S3具体包括以下步骤：
S31：统计分析不同大变形等级与其岩性的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同岩性岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩性之间的规律；
S32：统计分析不同大变形等级与围岩级别的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同围岩级别岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩级别之间的规律；
S33：统计分析不同大变形等级与其地下水情况的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同地下水情况下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地下水之间的规律，可根据公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018及相关文献，从地下水潮湿情况、掌子面或侧壁出水情况、围岩水体流出情况、涌水量、围岩裂隙水情况以及隧道积水稀泥情况对地下水情况进行归类；
S34：统计分析不同大变形等级与其围岩破碎程度之间的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同围岩破碎程度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩破碎程度之间的规律，围岩破碎程度可根据层间构造、节理发育情况、局部碎裂情况、构造作用情况、遛塌掉块情况、围岩剥离掉落情况以及土体浸水成团等情况将其分类为岩体完整、较破碎、破碎、极破碎；
S35：统计分析不同大变形等级与其岩层厚度之间的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同岩层厚度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩层厚度之间的规律，将岩层厚度作为大变形的影响因素主要是因为不同岩体岩层厚度差异性较大，有些岩体岩层厚度极薄，呈现薄片状，岩层在挤压下极易发生软岩大变形，因而有必要将岩层厚度纳入考虑；
S36：统计分析不同大变形等级与层理与水平面角度之间的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同层理与水平面角度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其层理与水平面角度之间的规律，层理与水平面之间角度的说明见图2，将层理与水平面角度作为不同大变形等级下的影响因素主要是因为随着层理角度的变化，隧道大变形发生的位置以及危险程度会发生相应的变化，因而有必要对大变形与层理角度进行统计分析；
S37：统计分析不同大变形等级与其地应力之间的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)不同地应力下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地应力之间的规律，将地应力作为不同大变形等级下的影响因素主要是因为相关研究表明地应力的大小以及方向会对大变形发生的程度以及位置有较大影响，影响地应力的主要因素为埋深不同带来的自重应力与区域地质构造作用带来的构造应力，而埋深在施工中极易获取，可根据设计中隧道纵断面图与掌子面里程获取，而原始地应力测试在隧址区不易获取且成本较高，本方法为快速判定大变形趋势并做出相关决策，因而可用埋深来代替地应力进行考虑分析，快速的判定大变形趋势并做出相关决策；
S4：统计分析不同等级大变形与其工法和支护之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其工法支护之间的共性；
步骤S4具体包括以下步骤：
S41：统计分析不同大变形等级与其采用的超前加固方式的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用超前加固方式的频次，绘制不同大变形等级下超前加固方式饼图，寻找大变形等级与超前加固方式之间的规律，并通过现场作用效果对超前加固方式进行修正；
S42：统计分析不同大变形等级与其采用的***锚杆之间的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用***锚杆类型以及长度的频次，绘制不同大变形等级下***锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与***锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对***锚杆情况进行修正；
S43：统计分析不同大变形等级与其采用的锁脚锚杆的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用锁脚锚杆类型与长度的频次，绘制不同大变形等级下锁脚锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与锁脚锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对锁脚锚杆类型进行修正；
S44：统计分析不同大变形等级与其采用的钢拱架类型与间距的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用钢拱架类型与间距的频次，绘制不同大变形等级下钢拱架类型与间距饼图，寻找大变形等级与钢拱架之间的规律，并通过现场作用效果对钢拱架情况进行修正；
S45：统计分析不同大变形等级与其采用的预留变形量的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用预留变形量的频次，绘制不同大变形等级下预留变形量饼图，寻找大变形等级与预留变形量之间的规律，并通过现场作用效果对预留变形量进行修正；
S46：统计分析不同大变形等级与其采用的衬砌情况的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用衬砌(初支、二衬)形式、强度与厚度的频次，绘制不同大变形等级下衬砌形式、强度与厚度饼图，寻找大变形等级与衬砌形式、强度与厚度之间的规律，并通过现场作用效果对衬砌形式、强度与厚度进行修正；
S47：统计分析不同大变形等级与其采用的钢筋网的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用钢筋网类型及参数的频次，绘制不同大变形等级下钢筋网类型及参数饼图，寻找大变形等级与钢筋网类型及参数之间的规律，并通过现场作用效果对钢筋网类型及参数进行修正；
S48：统计分析不同大变形等级与其采用的施工工法的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用施工工法的频次，绘制不同大变形等级下施工工法饼图，寻找大变形等级与施工工法之间的规律，并通过现场作用效果对施工工法进行修正；
S49：统计分析不同大变形等级与其采用的仰拱、二衬步距的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)所采用仰拱、二衬步距的频次，绘制不同大变形等级下仰拱、二衬步距饼图，寻找大变形等级与仰拱、二衬步距之间的规律，并通过现场作用效果对仰拱、二衬步距进行修正；
S5：根据前面不同等级大变形与其地质条件、工法和支护之间的关系，提出第一阶段的基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策，主要包括掌子面揭露情况(围岩级别、围岩岩性、岩体破碎程度、地下水发育情况、岩层厚度、层理与水平面角度、地应力)以及建议相应大变形等级下建议采用的工法、参数(台阶长度、台阶高度、开挖进尺、仰拱、二衬步距)和建议采取的支护、参数(超前支护措施、初支支护形式、初支喷混参数、钢筋网参数、***锚杆尺寸参数、锁脚锚杆尺寸参数、钢拱架类型及参数、预留变形量)。
基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策，其包括以下步骤：
A1：统计全线隧道已发生大变形断面与其变形特征值与处治措施；
A2：根据公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中关于大变形等级判定的相关内容，对全线已发生大变形进行等级判定；
A3：统计分析不同等级大变形与变形特征值的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其变形特征值的共性；
步骤A3具体包括以下步骤：
A31：统计分析不同大变形等级与其变形潜势的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)各断面的变形潜势，绘制大变形等级与变形潜势散点图，寻找相同大变形等级下变形潜势的聚集性规律；
A32：统计分析不同大变形等级与其破坏前最大变形速率的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)各断面的破坏前最大变形速率，绘制大变形等级与破坏前最大变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前最大变形速率的聚集性规律；
A33：统计分析不同大变形等级与其破坏前平均变形速率的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)各断面的破坏前平均变形速率，绘制大变形等级与破坏前平均变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前平均变形速率的聚集性规律；
A34：统计分析不同大变形等级与累计变形量的关系。统计不同大变形等级下(轻微、中等、强烈)各断面的累计变形量，绘制大变形等级与累计变形量散点图，寻找相同大变形等级下累计变形量的聚集性规律；
A4：统计分析不同等级大变形与其处治措施之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其处治措施之间的共性，通过统计不同大变形等级下处治措施的使用频次，绘制不同大变形等级下处治措施的百分比饼图，并根据现场处治措施的处治效果，对最终采用的不同大变形等级下的处治措施进行修正。关于最终采取的不同大变形等级下的处治措施，可分为两步进行考虑，分别为已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施，处治措施主要可以从增设钢支撑、增设锁脚锚杆、增强管棚、长短锚杆结合、注浆加固、换拱处理等进行考虑，并且处治措施可罗列成首选措施以及如若变形无法继续控制下或者如遇松散地层出现鼓包、出现遛塌塌腔、如遇极为破碎围岩段、如下一循环掌子面开挖揭示的岩性一致等方面进行递进式分析考虑；
A5：根据前面不同等级大变形与其变形特征值与处治措施之间的关系，提出第二阶段的基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策，应列出不同大变形等级下的变形潜势、最大变形速率、平均变形速率以及累计变形量的数值范围，提出已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施；
本方法从全线大变形隧道已发送大变形的大变形断面为依托，通过统计不同大变形断面的表观现象、地质条件、监控量测数据、工法及支护参数、大变形发生后处治措施，建立了基于掌子面揭露情况以及监控量测数据的两阶段大变形趋势预判及施工决策，该发明针对软岩隧道，只需统计大变形断面相应的掌子面揭露情况以及监控量测数据，就可以通过本两阶段大变形趋势预判及施工决策方法对相应的大变形隧道进行预判及决策，用于指导层状软岩大变形隧道的施工以及控制大变形隧道围岩支护结构稳定。
本发明基于掌子面揭露情况以及监控量测数据的两阶段大变形趋势预判及施工决策方法可以得到相比其他大变形等级趋势预判方法更为科学完整的结果。并且随着隧道的开挖，揭露的掌子面以及监控量测数据越来越多，可以根据新揭露的掌子面以及监控量测数据对大变形趋势预判及施工决策进行动态调整，能够更好的指导隧道的施工，保障软岩大变形隧道的变形以及围岩稳定，具有概念清晰，实现方便，成本较低等优点。
实例分析：
九绵高速是国家与四川高速公路网规划的重要组成部分，跨越了九寨沟、平武、北川、江油、绵阳。线路全长244.026公里，桥隧比高达81％，其中隧道超过120公里。隧道沿线受地质条件以及构造等作用，出现大量软岩隧道，软岩隧道大多为变质千枚岩、变质板岩，由于层间连接差，互层现象突出、明显的各向异性及流变特性以及埋深大，高地应力强的多重作用下，五里坡隧道，白马隧道，水家牛隧道产生了不同程度的软岩大变形，危害隧道及施工人员安全，严重影响施工进度。
通过统计九绵高速大变形隧道已发生的大变形断面与其表观现象、地质条件、监控量测数据、工法及支护参数、大变形发生后处治措施，并根据公路隧道设计规范JTG3370.1-2018的相关规定对全线已发生大变形进行等级判定，然后根据掌子面揭露情况第一阶段的大变形等级趋势预判及施工决策以及基于监控量测数据第二阶段的大变形趋势预判及施工决策，制定了九绵高速大变形趋势动态判定及施工决策方案，制定了不同大变形等级下围岩级别、围岩岩性、岩体破碎程度、地下水发育情况以及建议的工法参数和建议的支护参数等的第一阶段大变形趋势预判及施工决策以及不同大变形等级下变形潜势、最大变形速率、平均变形速率、累计变形量和已施作段的加强措施和下一阶段的循坏改进第二阶段趋势判定及施工决策，通过制定的两阶段大变形趋势预判及施工决策，动态控制大变形隧道围岩变形及施工情况，有效的控制了九绵高速中大变形隧道的变形与稳定，大幅提升了施工的进度。
下面列出九绵高速两阶段大变形趋势预判及施工决策表，具体参见表1、表2、表3、表4和表5，可为其余层状软岩大变形隧道采用两阶段大变形等级趋势预判及施工决策提供参考。
表1
表2
表3
表4
表5
| 大变形分级 | 名称 | 判据(％) |
| I级 | 轻微大变形 | 2≤Ua/a＜3 |
| II级 | 中等大变形 | 3≤Ua/a＜5 |
| III级 | 强烈大变形 | 5≤Ua/a |
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)
1.一种大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、统计全线隧道已发生大变形断面与其发生表观现象、地质条件、工法及支护参数；以及大变形发生后处治措施；
S2、根据公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018对全线软岩隧道已发生大变形段进行等级判定；
S3、基于掌子面揭露情况和/或监控量测数据对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策。
2.根据权利要求1所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S1中表观现象包括初支剥落掉块的情况、钢拱架变形扭曲的情况、边墙鼓包的情况、掌子面遛塌稳定的情况、二衬剥落产生裂缝的情况。
3.根据权利要求1所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S2中大变形等级判定以公路隧道设计规范JTG3370.1-2018中大变形等级判定的依据为主，并根据国内外已有资料、软岩隧道自身特点、现场实际施工情况以及以及大量的数值模拟计算结果对公路隧道设计规范JTG 3370.1-2018中大变形等级判定的结果进行修正，所考虑主要参数为最大变形量、开挖后5天内最大变形速率即变形潜势、强度应力比Rc/σ1。
4.根据权利要求1所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3中基于掌子面揭露情况对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策包括以下步骤：
S3A1、统计分析不同等级大变形与其地质条件的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其地质条件间的共性；
S3A2、统计分析不同等级大变形与其工法和支护之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其工法支护之间的共性；
S3A3、根据前面不同等级大变形与其地质条件、工法和支护之间的关系，提出基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策。
5.根据权利要求4所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3A1包括以下步骤：
S3A11、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同岩性岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩性之间的规律；
S3A12、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同围岩级别岩体发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩级别之间的规律；
S3A13、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同地下水情况下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地下水之间的规律，对地下水情况包括地下水潮湿情况、掌子面或侧壁出水情况、围岩水体流出情况、涌水量、围岩裂隙水情况以及隧道积水稀泥情况；
S3A14、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同围岩破碎程度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其围岩破碎程度之间的规律；围岩破碎程度根据层间构造、节理发育情况、局部碎裂情况、构造作用情况、遛塌掉块情况、围岩剥离掉落情况以及土体浸水成团情况将其分类为岩体完整、较破碎、破碎、极破碎；
S3A15、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同岩层厚度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其岩层厚度之间的规律；
S3A16、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同层理角度下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其层理角度之间的规律，层理与水平面之间角度的说明见附图；
S3A17、统计轻微、中等、强烈大变形等级下不同地应力下发生该等级大变形的频次，寻找大变形等级与其地应力之间的规律。
6.根据权利要求5所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3A2包括以下步骤：
S3A21、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用超前加固方式的频次，绘制不同大变形等级下超前加固方式饼图，寻找大变形等级与超前加固方式之间的规律，并通过现场作用效果对超前加固方式进行修正；
S3A22、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用***锚杆类型以及长度的频次，绘制不同大变形等级下***锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与***锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对***锚杆情况进行修正；
S3A23、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用锁脚锚杆类型与长度的频次，绘制不同大变形等级下锁脚锚杆类型与长度饼图，寻找大变形等级与锁脚锚杆之间的规律，并通过现场作用效果对锁脚锚杆类型进行修正；
S3A24、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用钢拱架类型与间距的频次，绘制不同大变形等级下钢拱架类型与间距饼图，寻找大变形等级与钢拱架之间的规律，并通过现场作用效果对钢拱架情况进行修正；
S3A25、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用预留变形量的频次，绘制不同大变形等级下预留变形量饼图，寻找大变形等级与预留变形量之间的规律，并通过现场作用效果对预留变形量进行修正；
S3A26、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用衬砌形式、强度与厚度的频次，绘制不同大变形等级下衬砌形式、强度与厚度饼图，寻找大变形等级与衬砌形式、强度与厚度之间的规律，并通过现场作用效果对衬砌形式、强度与厚度进行修正；
S3A27、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用钢筋网类型及参数的频次，绘制不同大变形等级下钢筋网类型及参数饼图，寻找大变形等级与钢筋网类型及参数之间的规律，并通过现场作用效果对钢筋网类型及参数进行修正；
S3A28、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用施工工法的频次，绘制不同大变形等级下施工工法饼图，寻找大变形等级与施工工法之间的规律，并通过现场作用效果对施工工法进行修正；
S3A29、统计轻微、中等、强烈大变形等级下所采用仰拱、二衬步距的频次，绘制不同大变形等级下仰拱、二衬步距饼图，寻找大变形等级与仰拱、二衬步距之间的规律，并通过现场作用效果对仰拱、二衬步距进行修正。
7.根据权利要求6所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3A3中，提出的基于掌子面揭露情况的大变形趋势预判及施工决策主要包括围岩级别、围岩岩性、岩体破碎程度、地下水发育情况、岩层厚度、层理与水平面角度、地应力以及建议相应大变形等级下建议采用的工法、台阶长度、台阶高度、开挖进尺、仰拱、二衬步距和建议采取的支护、超前支护措施、初支支护形式、初支喷混参数、钢筋网参数、***锚杆尺寸参数、锁脚锚杆尺寸参数、钢拱架类型及参数、预留变形量。
8.根据权利要求1所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3中基于监控量测数据对大变形隧道大变形趋势动态进行判定和施工决策包括以下步骤：
S3B1、统计分析不同等级大变形与变形特征值的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同等级大变形与其变形特征值的共性；
S3B2、统计分析不同等级大变形与其处治措施之间的关系，对其关系进行归类总结，寻找不同大变形等级与其处治措施之间的共性；
S3B3、根据前面不同等级大变形与其变形特征值与处治措施之间的关系，提出第二阶段的基于监控量测数据的大变形趋势预判及施工决策出不同大变形等级下的变形潜势、最大变形速率、平均变形速率以及累计变形量的数值范围，提出已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施。
9.根据权利要求1所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3B1包括以下步骤：
S3B11、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的变形潜势，绘制大变形等级与变形潜势散点图，寻找相同大变形等级下变形潜势的聚集性规律；
S3B12、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的破坏前最大变形速率，绘制大变形等级与破坏前最大变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前最大变形速率的聚集性规律；
S3B13、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的破坏前平均变形速率，绘制大变形等级与破坏前平均变形速率散点图，寻找相同大变形等级下破坏前平均变形速率的聚集性规律；
S3B14、统计轻微、中等、强烈大变形等级下各断面的累计变形量，绘制大变形等级与累计变形量散点图，寻找相同大变形等级下累计变形量的聚集性规律。
10.根据权利要求9所述的大变形隧道大变形趋势动态判定及施工决策方法，其特征在于，所述步骤S3B3具体包括：通过统计不同大变形等级下处治措施的使用频次，绘制不同大变形等级下处治措施的百分比饼图，并根据现场处治措施的处治效果，对最终采用的不同大变形等级下的处治措施进行修正；关于最终采取的不同大变形等级下的处治措施，分为两步进行考虑，分别为已施作段的加强措施以及下一循环需要改进的措施。
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2021
- 2021-07-14 CN CN202110797778.XA patent/CN113360998A/zh active Pending
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