本發(fā)明屬于隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于柔模支護的軟巖隧道施工方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國公路、鐵路建設(shè)的飛躍發(fā)展，在大埋深、高地應(yīng)力條件下進行軟巖隧道施工成為交通領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢之一，如國內(nèi)著名的南昆線家竹箐隧道、烏鞘嶺隧道、終南山隧道及峽口隧道等。由于工程地質(zhì)條件惡劣，圍巖自承能力較差，軟巖隧道變形劇烈，若支護不及時或方案不合理，極易出現(xiàn)圍巖大變形和襯砌結(jié)構(gòu)的破壞。為此，大量專家學(xué)者和現(xiàn)場工程技術(shù)人員對軟巖隧道的施工工法及其支護技術(shù)進行了深入研究。李曉紅等以石龍隧道為工程背景，根據(jù)隧道圍巖位移的解析解和現(xiàn)場位移監(jiān)測，分析了初期支護對軟巖隧道穩(wěn)定性和位移的影響；李丹等將與軟巖工程支護設(shè)計方法相對應(yīng)的物理模型置入大型真三軸模型試驗機，研究了模型邊界相同條件下軟巖隧道的支護方法；李鴻博等通過現(xiàn)場測試，分析了峽口高應(yīng)力軟巖公路隧道圍巖變形規(guī)律及結(jié)構(gòu)的受力特點，提出了高應(yīng)力軟巖隧道大變形的支護設(shè)計對策；張德華等分析了型鋼支架及格柵鋼架在高地應(yīng)力軟巖隧道中的支護機理及其適應(yīng)性，探索了不同剛度條件下支護結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)過程；王樹仁等分析了烏鞘嶺隧道圍巖的變形力學(xué)機制，提出了剛隙柔層支護技術(shù)；陳衛(wèi)忠等分析了泡沫混凝土吸收軟巖隧道變形能和改善二次襯砌結(jié)構(gòu)的受力效果；田洪銘等優(yōu)化了宜昌至巴東峽口高地應(yīng)力軟巖隧道的斷面形態(tài)及其支護方案；楊建輝等基于有限元探討了錨桿及鋼架對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。

綜上所述，盡管目前針對軟巖隧道圍巖變形及支護技術(shù)取得了較多的研究成果，并在相關(guān)規(guī)范中強調(diào)需要在初期支護和二次襯砌之間預(yù)留80mm～120mm的變形量，以避免軟巖變形后造成隧道侵限。事實上，對于特定地質(zhì)條件下的大變形軟巖隧道，即使是規(guī)范所允許的120mm上限預(yù)留變形量也不能滿足初期支護后軟巖持續(xù)變形的要求，圍巖應(yīng)變能不能得到充分釋放，最終導(dǎo)致鋼拱架破壞和圍巖失穩(wěn)。而迄今為止，尚缺乏對大變形軟巖隧道開挖預(yù)留變形量系統(tǒng)全面的理論研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，根據(jù)軟巖隧道的圍巖變形情況對預(yù)留開挖量進行確定，采用柔模支護結(jié)構(gòu)對隧道進行全斷面支護并與隧道初期支護結(jié)構(gòu)進行協(xié)調(diào)變形，確保隧道二次襯砌的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征在于：沿隧道縱向延伸方向由后向前分多個節(jié)段對所施工軟巖隧道進行施工，多個所述節(jié)段的施工方法均相同；對軟巖隧道的任一節(jié)段進行施工時，包括以下步驟：

步驟一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定：通過對現(xiàn)場所取巖樣進行室內(nèi)試驗，對當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)進行測試，并對測試結(jié)果進行同步記錄；

步驟二、隧道預(yù)留開挖量確定：根據(jù)步驟一中所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定；

對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定時，根據(jù)支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S進行確定；其中，S＝S₁+S₂(1)；

公式(1)中，S₁為軟巖隧道表面圍巖的塑性位移量，公式(2)中，P₀為開挖前當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的原巖應(yīng)力；ξ為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖強度參數(shù)且為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的內(nèi)摩擦角；σ_c為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的單軸抗壓強度；r₀為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道等效開挖半徑，E為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的綜合彈性模量，μ為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的泊松比，為支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑，P₀、σ_c和E的單位均為Pa，r₀和的單位均為m；公式(3)中，P_i為對軟巖隧道進行初期支護時所采用錨桿的支護阻力且其單位為Pa；c為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的粘聚力且其單位為Pa，A和t均為系數(shù)，公式(4)中，G為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的巖體剪切模量且其單位為Pa，E_a為錨桿的彈性模量且其單位為Pa，A_s為錨桿的橫截面積且其單位為m²，r_b為錨桿的內(nèi)端至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點的距離且其單位m，k為支護系數(shù)且k＝0.8，為支護前當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道表面圍巖的位移值且其單位為m；P_max為錨桿桿體上的軸向拉力最大值且其單位為N；

公式(1)中，S₂為軟巖隧道表面圍巖碎脹變形后的位移量，公式(5)中，K_p為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的碎脹系數(shù)，為支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖松動圈等效半徑，

步驟三、隧道開挖：根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖，獲得開挖完成的隧道洞；

步驟四、隧道支護結(jié)構(gòu)確定：所采用的隧道支護結(jié)構(gòu)包括對隧道洞進行支護的隧道初期支護結(jié)構(gòu)、布設(shè)于所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的隧道二次襯砌和位于所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌之間的柔模支護結(jié)構(gòu)，所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)、柔模支護結(jié)構(gòu)和隧道二次襯砌由外至內(nèi)進行布設(shè)且三者均為對隧道洞進行全斷面支護的全斷面支護結(jié)構(gòu)；所述隧道二次襯砌為混凝土襯砌且其包括對隧道洞的拱墻進行支護的拱墻襯砌和對隧道洞底部進行支護的仰拱襯砌，所述拱墻襯砌和所述仰拱襯砌澆筑于為一體；所述柔模支護結(jié)構(gòu)的層厚為S且其橫截面形狀與隧道洞的橫斷面形狀相同，所述柔模支護結(jié)構(gòu)包括由柔模布加工而成的柔模筒和由灌注于所述柔模筒內(nèi)混凝土形成的混凝土灌注層；

所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)包括多個由后向前布設(shè)且對隧道洞進行全斷面支護的全斷面鋼支架和對隧道洞進行全斷面支護的錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)，多個所述全斷面鋼支架的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其呈均勻布設(shè)，所述全斷面鋼支架的形狀與隧道洞的橫斷面形狀相同；所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)為采用錨網(wǎng)噴支護方法施工成型的初期支護結(jié)構(gòu)，所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)包括多個由后向前布設(shè)的錨桿支護單元，多個所述錨桿支護單元呈均勻布設(shè)且其布設(shè)位置分別與多個所述全斷面鋼支架的布設(shè)位置一一對應(yīng)，每個所述全斷面鋼支架外側(cè)均布設(shè)有一個所述錨桿支護單元，每個所述錨桿支護單元均包括多個沿隧道洞的開挖輪廓線由前至后布設(shè)的錨桿，每個所述錨桿支護單元均與位于其內(nèi)側(cè)的所述全斷面鋼支架布設(shè)在隧道洞的同一個橫斷面上；所述錨桿支護單元中多個所述錨桿的長度均相同，所述錨桿的長度l'＝l₁'+l+l₂'，其中l(wèi)₁'＝10cm～20cm，l₂'＝30cm～50cm，l為錨桿的有效長度且其單位為m，且l≥1.5m；

步驟五、隧道初期支護施工：根據(jù)步驟四中所確定的隧道初期支護結(jié)構(gòu)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行隧道初期支護施工，獲得施工成型的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)；

步驟六、柔模支護施工：根據(jù)步驟四中所確定柔模支護結(jié)構(gòu)的層厚，在步驟五中施工完成的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的柔模支護結(jié)構(gòu)進行施工；

步驟七、隧道二次襯砌施工：在步驟六中施工完成的柔模支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道二次襯砌進行施工；

步驟八、下一節(jié)段施工：重復(fù)步驟一至步驟七，對下一節(jié)段進行施工；

步驟九、多次重復(fù)步驟八，直至完成軟巖隧道的全部施工過程。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：多個所述節(jié)段的縱向長度均為10m～50m。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟二中根據(jù)開挖完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖向內(nèi)位移理論值S，對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定時，根據(jù)公式Δd＝S+Δd1(7)進行確定；公式(7)中，Δd為當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，Δd1＝0～0.2m。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟三中進行隧道開挖之前，先根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，并結(jié)合當(dāng)前所施工節(jié)段的設(shè)計開挖輪廓線，對當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線進行確定；

當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線位于當(dāng)前所施工節(jié)段的設(shè)計開挖輪廓線外側(cè)且二者之間的間距為Δd；

步驟三中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖時，按照所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線進行開挖。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟三中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖時，采用全斷面開挖法或臺階法進行開挖。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟四中所述全斷面鋼支架為型鋼支架，所述全斷面鋼支架包括對隧道洞的拱墻進行支護的鋼拱架和對隧道洞底部進行支護的弧形鋼架，所述弧形鋼架位于所述鋼拱架的正下方，所述弧形鋼架的兩端分別與所述鋼拱架的兩側(cè)底部固定連接；

所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)還包括一層鋪裝在多個所述全斷面鋼支架上的鋼筋網(wǎng)和一層噴射在隧道洞內(nèi)壁上的混凝土層，多個所述全斷面鋼支架和所述鋼筋網(wǎng)均固定于所述混凝土層內(nèi)；所述混凝土層為鋼纖維混凝土層且其層厚為20cm～30cm；多個所述錨桿支護單元中所有錨桿的內(nèi)端均伸出至所述混凝土層內(nèi)側(cè)，所述錨桿內(nèi)端伸出至所述混凝土層內(nèi)側(cè)的節(jié)段為錨桿外露節(jié)段，所述錨桿外露節(jié)段的長度為0.3m～0.4m；

步驟五中進行隧道初期支護施工時，先采用多個所述全斷面鋼支架由后向前對隧道洞進行支護，再采用錨網(wǎng)噴支護方法進行初期支護，獲得施工成型的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)；

步驟四中所述柔模筒上開有多個混凝土灌注口，多個所述混凝土灌注口沿當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道縱向延伸方向由后向前進行布設(shè)；

步驟六中進行柔模支護施工時，先將所述柔模筒掛設(shè)在步驟五中施工完成的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，并將所述柔模筒固定在多個所述錨桿外露節(jié)段上，再通過多個所述混凝土灌注口由后向前進行混凝土灌注，獲得施工成型的柔模支護結(jié)構(gòu)；

步驟七中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道二次襯砌進行施工時，采用二次襯砌臺車進行施工。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟二中所述的公式(8)中，K為錨桿桿體單位長度上的剪切剛度系數(shù)且其單位為Pa/m，D為錨桿的橫截面周長且其單位為m，B的單位為m²；r_m為錨桿的中性點至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點之間的距離且其單位為m，為未支護時當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑且其單位為m，

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟二中所述錨桿為砂漿錨桿，剪切剛度系數(shù)K＝2MPa/m＝2×10⁶Pa/m；

步驟二中所述的P_max為支護完成后錨桿中性點位置處的軸向拉力。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟二中所述的l_s為預(yù)先設(shè)計的當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面的外邊緣線長度；

步驟二中所述的

當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面等效圓的圓心，r_b＝l+r₀。

上述基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，其特征是：步驟四中前后相鄰兩個所述錨桿支護單元中的錨桿呈交錯布設(shè)，每個所述錨桿支護單元中相鄰兩個所述錨桿之間的間距為a，前后相鄰兩個所述錨桿支護單元之間以及前后相鄰兩個所述全斷面鋼支架之間的間距均為a；所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)為對隧道洞進行支護的組合拱；

步驟四中進行隧道支護結(jié)構(gòu)確定時，還需根據(jù)公式b＝l-a·cotθ(11)，對a進行確定；公式(11)中，b為所述組合拱的厚度且θ為錨桿對隧道圍巖破裂區(qū)巖體壓應(yīng)力的作用角且θ＝45°。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、方法步驟簡單、實現(xiàn)方便且投入成本低。

2、所采用的隧道開挖方法設(shè)計合理且實現(xiàn)方便，為確保開挖效果，沿隧道縱向延伸方向由后向前分多個節(jié)段對軟巖隧道進行開挖；并且，對軟巖的任一個節(jié)段進行開挖時，先確定圍巖基本力學(xué)參數(shù)，再根據(jù)所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定，最后根據(jù)所確定的當(dāng)前施工節(jié)段的預(yù)留開挖量由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖，施工簡便且施工過程易于控制，可操性強。

3、針對軟巖隧道開挖支護一段時間后圍巖變形才趨于穩(wěn)定的特點，從隧道初期支護施工中采用的全長錨固錨桿的受力分析入手，通過確定錨桿的中性點半徑(即錨桿的中性點至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點之間的距離r_m)及其最大軸力(即支護完成后錨桿中性點位置處的軸向拉力P_max)，推導(dǎo)出隧道圍巖變形穩(wěn)定后的塑性區(qū)范圍(即支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑R_p^a)與破裂區(qū)范圍(即支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖破裂區(qū)等效半徑R_s^a)，并考慮破裂區(qū)巖體的擴容碎脹特性，推導(dǎo)出隧道表面圍巖隧道空間內(nèi)發(fā)生的位移(即支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S)，并根據(jù)S對隧道預(yù)留開挖量進行確定。

4、所采用的當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量的確定方法簡單、實現(xiàn)簡便且使用效果好，所確定的預(yù)留開挖量合理、準(zhǔn)確，能有效保證確保成型后的隧道內(nèi)部空間符合設(shè)計要求，并且確保隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和支護效果。所確定的預(yù)留開挖量根據(jù)支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S進行確定，其中S為軟巖隧道表面圍巖的塑性位移量S₁與隧道表面圍巖碎脹變形后位移量S₂之和，并且考慮到實際施工中軟巖隧道的復(fù)雜變形因素，對計算得出的支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S疊加一定的調(diào)整量(即Δd1)。同時，本發(fā)明采用的軟巖隧道表面圍巖的塑性位移量S₁與隧道表面圍巖碎脹變形后位移量S₂確定方法簡單、合理且精度高，根據(jù)預(yù)先確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，并結(jié)合隧道實際結(jié)構(gòu)參數(shù)，能簡便、快速且準(zhǔn)確地對S₁和S₂進行確定。

5、所采用的隧道初期支護結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理且支護效果好，包括多個由后向前布設(shè)且對隧道洞進行全斷面支護的全斷面鋼支架(3)和對隧道洞進行全斷面支護的錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)，能簡便、快速對開挖成型的隧道洞進行初期支護。錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)中包括多個錨桿支護單元，多個錨桿支護單元沿隧道縱向延伸方向由后向前布設(shè)，施工簡便且施工質(zhì)量易控。并且，錨桿支護單元包括多個對隧道洞進行全斷面支護的錨桿，在隧道洞的拱部、底部和左右兩側(cè)邊墻上均設(shè)置錨桿，并且錨桿的長度和間距設(shè)計合理，能進一步改善軟巖隧道的初期支護效果。所采用的隧道初期支護結(jié)構(gòu)不僅能對隧道洞進行有效地初期支護，避免初期支護后發(fā)生安全事故，確保隧道洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且能適應(yīng)圍巖變形需求，通過在隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌之間設(shè)置柔模支護結(jié)構(gòu)后，能有效解決圍巖變形對隧道二次襯砌的損害，該柔模支護結(jié)構(gòu)的層厚為S且其橫截面形狀與隧道洞的橫斷面形狀相同，實際施工簡便。

6、所采用隧道初期支護結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的確定方法簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，能簡便、快速對錨桿支護單元中所采用錨桿的有效長度進行確定，并相應(yīng)對所采用錨桿的長度進行確定，錨桿的長度設(shè)計合理，通過錨桿支護單元能對軟巖隧道的整個破裂區(qū)進行有效加固，并且省工省料省時。

7、采用本發(fā)明從理論上分析了軟巖隧道初期支護后圍巖塑性區(qū)及破裂區(qū)的大小，并計算得到了圍巖變形穩(wěn)定后的總位移(即支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S)，進而優(yōu)化了初期支護方案及支護參數(shù)。施工成型的隧道初期支護結(jié)構(gòu)能與圍巖變形進行協(xié)調(diào)變形，確保隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。并且，將預(yù)留剛隙柔?；炷林ёo技術(shù)應(yīng)用于軟巖隧道圍巖變形的控制，為高地壓大變形軟巖隧道的穩(wěn)定控制提供了一種新方法。所采用的柔模支護結(jié)構(gòu)施工簡便，柔模支護結(jié)構(gòu)內(nèi)注入鋼纖維混凝土，該柔模支護結(jié)構(gòu)以其固有的剛度和強度與隧道初期支護結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)變形，既可以大量吸收圍巖碎脹的應(yīng)變能、改善結(jié)構(gòu)受力，又具有一定的殘余強度，確保隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。

8、使用效果好且實用價值高，針對軟巖隧道開挖支護一段時間后圍巖變形才趨于穩(wěn)定的特點，先計算得出支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S，并根據(jù)計算得出的圍巖向內(nèi)位移理論值S對隧道預(yù)留開挖量進行確定，能有效解決因隧道實際預(yù)留開挖量小于圍巖向內(nèi)位移理論值S導(dǎo)致隧道初期支護結(jié)構(gòu)在縱向與環(huán)向均出現(xiàn)嚴(yán)重開裂、嚴(yán)重影響隧道支護結(jié)構(gòu)的支護效果、需對軟巖隧道進行返修、投入成本高、施工風(fēng)險大燈問題，并能有效解決軟巖隧道內(nèi)圍巖變形后侵入隧道凈空并影響隧道正常使用的問題。由上述內(nèi)容可知，本發(fā)明針對因軟巖隧道開挖支護一段時間后圍巖變形才趨于穩(wěn)定這一特點直接影響隧道開挖方案及其支護效果的問題，并針對現(xiàn)有軟巖隧道變形穩(wěn)定后的塑性區(qū)范圍與破裂區(qū)范圍確定方面理論研究的不足和現(xiàn)場實測的客觀困難，采用合理的軟巖隧道變形穩(wěn)定后的塑性區(qū)范圍與破裂區(qū)范圍確定方法，對支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S進行計算，并相應(yīng)確定合理、準(zhǔn)確的隧道預(yù)留開挖量。

同時，采用隧道初期支護結(jié)構(gòu)對開挖成型的隧道洞進行簡便、快速且有效支護，在滿足支護穩(wěn)定、可靠且安全的前提下，達到節(jié)約成本的目的，具有經(jīng)濟、投入施工成本較低、安全可靠等優(yōu)點，因而能為軟巖隧道正常施工提供有力保障，能有效解決軟巖隧道圍巖變形后侵入隧道凈空并影響隧道正常使用的問題，隧道開挖時預(yù)留合理的開挖量，確保成型后的隧道內(nèi)部空間符合設(shè)計要求；同時，采用可壓縮的全斷面剛支護與錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)對軟巖隧道進行有效加固、支護，并且在隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌之間施工柔模支護結(jié)構(gòu)，隧道二次襯砌按照原設(shè)計進行施工，有效避免了軟巖隧道的返修工作，且施工成本低。

另外，本發(fā)明采用分段開挖及分段支護的方式，能對軟巖隧道進行有效加固，并能有效保證長距離隧道的支護效果，并且施工成本較低。

綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好，根據(jù)軟巖隧道的圍巖變形情況對預(yù)留開挖量進行確定，采用柔模支護結(jié)構(gòu)對隧道進行全斷面支護并與隧道初期支護結(jié)構(gòu)進行協(xié)調(diào)變形，確保隧道二次襯砌的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程框圖。

圖2為本發(fā)明隧道支護結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—軟巖隧道；2—錨桿；3—全斷面鋼支架；

4—隧道二次襯砌；5—柔模支護結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

如圖1所示的一種基于柔模支護的軟巖隧道施工方法，沿隧道縱向延伸方向由后向前分多個節(jié)段對所施工軟巖隧道1進行施工，多個所述節(jié)段的施工方法均相同；對軟巖隧道1的任一節(jié)段進行施工時，包括以下步驟：

步驟一、圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定：通過對現(xiàn)場所取巖樣進行室內(nèi)試驗，對當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)進行測試，并對測試結(jié)果進行同步記錄；

步驟二、隧道預(yù)留開挖量確定：根據(jù)步驟一中所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)，對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定；

對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定時，根據(jù)支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S進行確定；其中，S＝S₁+S₂(1)；

公式(1)中，S₁為軟巖隧道表面圍巖的塑性位移量，公式(2)中，P₀為開挖前當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的原巖應(yīng)力；ξ為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖強度參數(shù)且為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的內(nèi)摩擦角；σ_c為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的單軸抗壓強度；r₀為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道等效開挖半徑，E為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的綜合彈性模量，μ為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的泊松比，為支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑，P₀、σ_c和E的單位均為Pa，r₀和的單位均為m；公式(3)中，P_i為對軟巖隧道1進行初期支護時所采用錨桿2的支護阻力且其單位為Pa；c為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的粘聚力且其單位為Pa，A和t均為系數(shù)，公式(4)中，G為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的巖體剪切模量且其單位為Pa，E_a為錨桿2的彈性模量且其單位為Pa，A_s為錨桿2的橫截面積且其單位為m²，r_b為錨桿2的內(nèi)端至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點的距離且其單位m，k為支護系數(shù)且k＝0.8，為支護前當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道表面圍巖的位移值且其單位為m；P_max為錨桿2桿體上的軸向拉力最大值且其單位為N；

公式(1)中，S₂為軟巖隧道表面圍巖碎脹變形后的位移量，公式(5)中，K_p為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的碎脹系數(shù)，為支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖松動圈等效半徑，

步驟三、隧道開挖：根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖，獲得開挖完成的隧道洞；

步驟四、隧道支護結(jié)構(gòu)確定：所采用的隧道支護結(jié)構(gòu)包括對隧道洞進行支護的隧道初期支護結(jié)構(gòu)、布設(shè)于所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的隧道二次襯砌4和位于所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌4之間的柔模支護結(jié)構(gòu)5，所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)、柔模支護結(jié)構(gòu)5和隧道二次襯砌4由外至內(nèi)進行布設(shè)且三者均為對隧道洞進行全斷面支護的全斷面支護結(jié)構(gòu)，詳見圖2；所述隧道二次襯砌4為混凝土襯砌且其包括對隧道洞的拱墻進行支護的拱墻襯砌和對隧道洞底部進行支護的仰拱襯砌，所述拱墻襯砌和所述仰拱襯砌澆筑于為一體；所述柔模支護結(jié)構(gòu)5的層厚為S且其橫截面形狀與隧道洞的橫斷面形狀相同，所述柔模支護結(jié)構(gòu)5包括由柔模布加工而成的柔模筒和由灌注于所述柔模筒內(nèi)混凝土形成的混凝土灌注層；

所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)包括多個由后向前布設(shè)且對隧道洞進行全斷面支護的全斷面鋼支架3和對隧道洞進行全斷面支護的錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)，多個所述全斷面鋼支架3的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其呈均勻布設(shè)，所述全斷面鋼支架3的形狀與隧道洞的橫斷面形狀相同；所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)為采用錨網(wǎng)噴支護方法施工成型的初期支護結(jié)構(gòu)，所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)包括多個由后向前布設(shè)的錨桿支護單元，多個所述錨桿支護單元呈均勻布設(shè)且其布設(shè)位置分別與多個所述全斷面鋼支架3的布設(shè)位置一一對應(yīng)，每個所述全斷面鋼支架3外側(cè)均布設(shè)有一個所述錨桿支護單元，每個所述錨桿支護單元均包括多個沿隧道洞的開挖輪廓線由前至后布設(shè)的錨桿2，每個所述錨桿支護單元均與位于其內(nèi)側(cè)的所述全斷面鋼支架3布設(shè)在隧道洞的同一個橫斷面上；所述錨桿支護單元中多個所述錨桿2的長度均相同，所述錨桿2的長度l'＝l₁'+l+l₂'，其中l(wèi)₁'＝10cm～20cm，l₂'＝30cm～50cm，l為錨桿2的有效長度且其單位為m，且l≥1.5m；

步驟五、隧道初期支護施工：根據(jù)步驟四中所確定的隧道初期支護結(jié)構(gòu)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行隧道初期支護施工，獲得施工成型的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)；

步驟六、柔模支護施工：根據(jù)步驟四中所確定柔模支護結(jié)構(gòu)5的層厚，在步驟五中施工完成的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的柔模支護結(jié)構(gòu)5進行施工；

步驟七、隧道二次襯砌施工：在步驟六中施工完成的柔模支護結(jié)構(gòu)5內(nèi)側(cè)，由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道二次襯砌4進行施工；

步驟八、下一節(jié)段施工：重復(fù)步驟一至步驟七，對下一節(jié)段進行施工；

步驟九、多次重復(fù)步驟八，直至完成軟巖隧道1的全部施工過程。

其中，S、S₁、S₂和的單位均為m。

如圖2所示，每個所述錨桿支護單元均包括多個沿隧道洞的開挖輪廓線由前至后布設(shè)的錨桿2，因而所述錨桿支護單元中包括對隧道洞的拱部、左右兩側(cè)邊墻和底部分別進行支護的錨桿2。

本實施例中，所述全斷面鋼支架為可壓縮鋼支架，也稱為可伸縮鋼支架。并且，所述全斷面鋼支架的壓縮量能滿足支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移需求。

地殼中沒有受到人類工程活動(如礦井中開掘隧道等)影響的巖體稱為原巖體，簡稱原巖。步驟二中所述的原巖應(yīng)力是指存在于地層中未受工程擾動的天然應(yīng)力，也稱為巖體初始應(yīng)力、絕對應(yīng)力或地應(yīng)力。

其中，碎脹系數(shù)，也稱為松散系數(shù)，是指巖石破碎后體積與破碎前體積之比值。

根據(jù)本領(lǐng)域公知常識，軟巖隧道(即軟弱圍巖隧道)開挖后，由于圍巖應(yīng)力重分布及其顯著的流變特性，圍巖變形破壞在初期支護一段時間后才趨于穩(wěn)定，研究支護狀態(tài)下圍巖變形范圍及其位移量將為合理地確定大埋深軟巖隧道預(yù)留變形量及其支護方案提供重要的理論依據(jù)。為充分發(fā)揮圍巖自承作用，容許初期支護和圍巖有一定的變形，而將設(shè)計開挖線作適當(dāng)擴大的預(yù)留量，稱之為隧道預(yù)留變形量。預(yù)留變形量是指從隧道初期支護施工開始，到隧道周邊位移基本穩(wěn)定時，周邊位移的累計值。

對支護完成后軟巖隧道圍巖位移(即圍巖向內(nèi)位移理論值S，指考慮擴容碎脹的隧道圍巖位移)進行分析時，假設(shè)圍巖塑性區(qū)體積不變，由彈塑性狀態(tài)下深埋圓形硐室圍巖徑向位移的幾何方程及塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可知：隧道表面圍巖的塑性位移為S₁；工程實際中，當(dāng)隧道圍巖強度低于圍巖應(yīng)力時，隧道周邊表面圍巖必然由塑性變形進入破碎狀態(tài)，出現(xiàn)擴容碎脹變形，圍巖將在原有塑性位移的基礎(chǔ)上進一步向隧道空間產(chǎn)生位移，進而可得：其中為隧道表面圍巖碎脹變形后的等效半徑，由此可得隧道表面圍巖碎脹變形后的位移量由此可以看出，對于一個確定的隧道斷面，其圍巖變形引起的位移取決于其等效開挖半徑、圍巖剪切模量與彈塑性界面上的應(yīng)力差及初期支護后圍巖的塑性區(qū)與破裂區(qū)半徑。

其中，支護完成后指的是隧道初期支護施工完成后，支護前指的是隧道初期支護之前。

長期以來，全長錨固錨桿在公路隧道圍巖支護中被廣泛采用。設(shè)隧道開挖初期圍巖處于彈塑性狀態(tài)，表面圍巖在垂直壓力作用下向隧道空間內(nèi)持續(xù)變形后形成破裂區(qū)。為便于討論，假設(shè)：第一、將隧道斷面等效為圓形，其縱向長度遠大于橫向?qū)挾?，屬于平面?yīng)變問題；第二、將錨桿周圍巖體簡化為均質(zhì)、連續(xù)且各向同性的彈塑性體；第三、錨桿表面任一點與其周圍巖體之間不產(chǎn)生相對滑動；第四、錨桿抗拉強度遠大于周圍巖體的抗拉強度，其長度為圍巖表面至彈性區(qū)外邊界。本發(fā)明中通過將隧道圍巖簡化為理想彈塑性介質(zhì)，在隧道圍巖中布設(shè)全長錨固錨桿。

軟巖隧道開挖后，沿錨桿2長度方向上由內(nèi)至外依次為圍巖破碎區(qū)、塑性區(qū)及彈性區(qū)，由于各區(qū)巖體具有不同的徑向變形量，越靠近隧道表面，圍巖徑向位移速率越大?？拷淼辣砻娴囊欢螚U體具有阻止破碎區(qū)巖體向隧道內(nèi)產(chǎn)生變形的趨勢，其表面產(chǎn)生指向隧道內(nèi)的正摩阻力；由于彈塑性區(qū)巖體的位移速率較破碎區(qū)偏小，其余一段桿體則在靠近隧道表面桿體的拉拔作用下產(chǎn)生指向深部圍巖的負摩阻力。桿體所受正負摩阻力的分界面即為錨桿的中性點，該點桿體與其周圍巖體的相對位移及表面摩阻力為零，但其軸向拉力卻達到最大值。因而，所述錨桿2上存在一個表面摩阻力指向相反的分界點，該分界點為所述錨桿2與其周圍巖體相對位移為零的中性點，該點摩阻力為零。但該分界點處，所述錨桿2的軸向拉力達到最大且由該分界點向所述錨桿2的兩端軸向拉力逐漸減少并趨于零。

這樣，本發(fā)明基于錨桿與圍巖的協(xié)調(diào)變形原理，且通過建立錨桿2桿體與其周圍巖體相互作用的力學(xué)模型，分析出錨桿2表面摩阻力及軸力的分布規(guī)律，并根據(jù)桿體的靜力平衡條件，推導(dǎo)錨桿2桿體與巖體相對位移為零的中性點位置及其最大軸向拉力值，并分析得出初期支護條件下隧道圍巖的塑性區(qū)和破裂區(qū)的等效半徑計算公式，詳見公式(3)和公式(6)。根據(jù)公式(3)和公式(6)能簡便、直接看出：所述錨桿2的支護阻力(即錨桿2作用于表面圍巖上的阻力，具體是錨桿2作用于軟巖隧道表面圍巖單位面積上的阻力，也稱錨桿支護反力)對隧道圍巖塑性區(qū)和破裂區(qū)范圍的影響均不大，表明圍巖變形是一種當(dāng)圍巖強度低于圍巖應(yīng)力時隧道周邊客觀存在的物理狀態(tài)，人為支護并不能徹底避免圍巖發(fā)生變形破壞。同時，能直接看出，隧道等效開挖半徑r₀對隧道圍巖塑性區(qū)和破裂區(qū)范圍的影響顯著，支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑和支護完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖破裂區(qū)等效半徑均隨隧道等效開挖半徑r₀的增加而近似呈線性增長，且受開挖半徑的影響較顯著。

根據(jù)公式(3)和公式(6)，能簡便、快速得出支護完成后隧道圍巖的變形厚度，即與

由上述內(nèi)容可知，當(dāng)隧道壁由塑性狀態(tài)進入破碎狀態(tài)后，洞壁巖體卸載，圍巖所受集中壓力的峰值向深部巖體轉(zhuǎn)移，開挖初期所形成的圍巖彈塑性區(qū)將進一步擴展，圍巖支護后的塑性區(qū)等效半徑詳見公式(3)；當(dāng)隧道表面圍巖所受垂直支承壓力大于其強度時將出現(xiàn)塑性滑移而破壞，形成破裂區(qū)，其范圍與塑性區(qū)等效半徑存在一定的關(guān)聯(lián)，圍巖支護后的破裂區(qū)等效半徑詳見公式(6)。

由于因而所述錨桿2的有效長度根據(jù)和r₀進行確定，所述錨桿2的有效長度確定方法簡單且所確定錨桿2的有效長度l合理且準(zhǔn)確，能有效保證錨桿2的支護效果。

本實施例中，多個所述節(jié)段的縱向長度均為10m～50m。

實際施工時，可根據(jù)具體需要，對多個所述節(jié)段的縱向長度分別進行相應(yīng)調(diào)整。

步驟二中根據(jù)開挖完成后當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖向內(nèi)位移理論值S，對當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量進行確定時，根據(jù)公式Δd＝S+Δd1(7)進行確定；公式(7)中，Δd為當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，Δd1＝0～0.2m。

本實施例中，Δd1＝0。因而，Δd＝S。

本實施例中，步驟三中進行隧道開挖之前，先根據(jù)步驟二中所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的預(yù)留開挖量，并結(jié)合當(dāng)前所施工節(jié)段的設(shè)計開挖輪廓線，對當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線進行確定；

當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線位于當(dāng)前所施工節(jié)段的設(shè)計開挖輪廓線外側(cè)且二者之間的間距為Δd；

步驟三中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖時，按照所確定的當(dāng)前所施工節(jié)段的實際開挖輪廓線進行開挖。

本實施例中，步驟一中進行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定之前，先從當(dāng)前所施工節(jié)段中選取一個節(jié)段作為測試段，所述測試段位于當(dāng)前所施工節(jié)段后端且其長度為1m。

步驟一中進行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定時，從所述測試段取巖樣進行室內(nèi)試驗，且所獲得的試驗結(jié)果為開挖后當(dāng)前所施工節(jié)段的圍巖基本力學(xué)參數(shù)。

并且，鑒于軟巖隧道1的隧道圍巖的非均質(zhì)、非連續(xù)及各向異性等特性，其力學(xué)參數(shù)必須在試驗的基礎(chǔ)上來確定，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，減小計算誤差。

本實施例中，步驟三中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段進行開挖時，采用全斷面開挖法或臺階法進行開挖。

并且，所采用的全斷面開挖法或臺階法，均為常規(guī)的隧道開挖方法。

本實施例中，步驟四中所述全斷面鋼支架3為型鋼支架，所述全斷面鋼支架3包括對隧道洞的拱墻進行支護的鋼拱架和對隧道洞底部進行支護的弧形鋼架，所述弧形鋼架位于所述鋼拱架的正下方，所述弧形鋼架的兩端分別與所述鋼拱架的兩側(cè)底部固定連接。

所述錨網(wǎng)噴初期支護結(jié)構(gòu)還包括一層鋪裝在多個所述全斷面鋼支架3上的鋼筋網(wǎng)和一層噴射在隧道洞內(nèi)壁上的混凝土層，多個所述全斷面鋼支架3和所述鋼筋網(wǎng)均固定于所述混凝土層內(nèi)。本實施例中，所述混凝土層為鋼纖維混凝土層且其層厚為20cm～30cm；多個所述錨桿支護單元中所有錨桿2的內(nèi)端均伸出至所述混凝土層內(nèi)側(cè)，所述錨桿2內(nèi)端伸出至所述混凝土層內(nèi)側(cè)的節(jié)段為錨桿外露節(jié)段，所述錨桿外露節(jié)段的長度為0.3m～0.4m。

步驟五中進行隧道初期支護施工時，先采用多個所述全斷面鋼支架3由后向前對隧道洞進行支護，再采用錨網(wǎng)噴支護方法進行初期支護，獲得施工成型的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)。

步驟四中所述柔模筒上開有多個混凝土灌注口，多個所述混凝土灌注口沿當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道縱向延伸方向由后向前進行布設(shè)。

步驟六中進行柔模支護施工時，先將所述柔模筒掛設(shè)在步驟五中施工完成的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，并將所述柔模筒固定在多個所述錨桿外露節(jié)段上，再通過多個所述混凝土灌注口由后向前進行混凝土灌注，獲得施工成型的柔模支護結(jié)構(gòu)5。

步驟七中由后向前對當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道二次襯砌4進行施工時，采用二次襯砌臺車進行施工。

本實施例中，所述二次襯砌臺車為常規(guī)的隧道二次襯砌施工用臺車，所采用的隧道二次襯砌4的施工方法為常規(guī)的隧道二次襯砌施工方法。

本實施例中，步驟二中所述的公式(8)中，K為錨桿2桿體單位長度上的剪切剛度系數(shù)且其單位為Pa/m，D為錨桿2的橫截面周長且其單位為m，B的單位為m²；r_m為錨桿2的中性點至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點之間的距離且其單位為m，為未支護時當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑且其單位為m，

本實施例中，步驟二中所述錨桿2為砂漿錨桿，剪切剛度系數(shù)K＝2MPa/m＝2×10⁶Pa/m。

其中，剪切剛度系數(shù)是指巖石試件在一定的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力作用下,相應(yīng)的剪應(yīng)力與剪切位移之比值。

本實施例中，步驟二中所述的P_max為支護完成后錨桿2中性點位置處的軸向拉力，因而P_max也可以通過試驗測試得出。

本實施例中，步驟二中所述的l_s為預(yù)先設(shè)計的當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面的外邊緣線長度。

并且，步驟二中所述的實際使用時，σ_c也可以采用試驗測試得出的測試值。

本實施例中，當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面等效圓的圓心，r_b＝l+r₀。因而，當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面等效圓的圓心，r_b為所述錨桿2的等效長度l與當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面等效圓半徑(即當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道等效開挖半徑)r₀之和。

本實施例中，步驟二中當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖為當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道拱部或左右兩側(cè)邊墻所處位置的圍巖。

本實施例中，l_s為預(yù)先設(shè)計的當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道橫斷面的外邊緣線長度。

本實施例中，步驟四中前后相鄰兩個所述錨桿支護單元中的錨桿2呈交錯布設(shè)，每個所述錨桿支護單元中相鄰兩個所述錨桿2之間的間距為a，前后相鄰兩個所述錨桿支護單元之間以及前后相鄰兩個所述全斷面鋼支架之間的間距均為a；所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)為對隧道洞進行支護的組合拱。

步驟四中進行隧道支護結(jié)構(gòu)確定時，還需根據(jù)公式b＝l-a·cotθ(11)，對a進行確定；公式(11)中，b為所述組合拱的厚度且θ為錨桿2對隧道圍巖破裂區(qū)巖體壓應(yīng)力的作用角且θ＝45°。

本實施例中，且b不小于2m。

其中，每個所述錨桿支護單元中相鄰兩個所述錨桿2之間的間距指的是相鄰兩個所述錨桿2內(nèi)端之間的距離，所述錨桿2的內(nèi)端指的是錨桿2位于所述隧道洞內(nèi)的一端。

本實施例中，所施工的軟巖隧道1為位于茂縣至龍?zhí)羺^(qū)間的榴桐寨隧道，是新建成都至蘭州鐵路線的關(guān)鍵性控制工程，左線全長16262m，最大埋深約1400m，右線全長16257.5m，最大埋深約1410m，左右線間距30m～40m。隧道圍巖以炭質(zhì)千枚巖、千枚巖夾石英巖、灰?guī)r、砂巖及石英巖為主。隧址區(qū)位于板塊邊緣構(gòu)造帶，具有地形切割極為強烈、構(gòu)造條件極為復(fù)雜活躍、巖性條件極為軟弱破碎、汶川地震效應(yīng)極為顯著以及高地殼應(yīng)力、高地震烈度、高地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險的“四極三高”的顯著特點，軟巖大變形問題十分突出，隧道左線大變形預(yù)測段落累計6850m，隧道右線大變形預(yù)測段落累計6810m。該隧道設(shè)計開挖高度7.65m，最大跨度8.0m，原設(shè)計初期支護采用直徑為Φ22mm的全長粘結(jié)砂漿錨桿，所述砂漿錨桿的間排距1.2m×1.2m且其長度為3.0m。在地質(zhì)條件較差段采用錨網(wǎng)噴及鋼拱架聯(lián)合支護，二次襯砌為模筑混凝土，開挖過程中涉及預(yù)留變形量為15cm。

本實施例中，步驟一中進行圍巖基本力學(xué)參數(shù)確定時，所確定的圍巖基本力學(xué)參數(shù)至少應(yīng)包括開挖前所施工軟巖隧道1中當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的原巖應(yīng)力P₀、當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的內(nèi)摩擦角當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的綜合彈性模量E、當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的泊松比μ、對軟巖隧道1進行初期支護時所采用錨桿的支護阻力P_i、當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的粘聚力c、支護前當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道表面圍巖的位移值

并且，還需對當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道等效開挖半徑r₀、所述錨桿2的彈性模量E_a、所述錨桿2的橫截面積A_s、所述錨桿2的內(nèi)端至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點的距離r_b和所述錨桿2桿體上的軸向拉力最大值P_max分別進行確定。

本實施例中，所施工軟巖隧道1的埋深H＝912m，上覆巖層平均容重γ＝25kN/m³，原巖垂直地應(yīng)力(即原巖應(yīng)力)P₀＝22.8MPa＝22.8×10⁶Pa，隧道開挖半高a＝3.5m，半寬b＝4.0m，隧道等效開挖半徑r₀＝5.3m，粘聚力c＝8.0MPa＝8.0×10⁶Pa，內(nèi)摩擦角t＝1.464，泊松比μ＝0.25，綜合彈性模量(也稱為變形模量)E＝9.8GPa＝9.8×10⁹Pa，巖體剪切模量G＝3.92GPa＝3.92×10⁹Pa，支護前(具體指開挖完成后且隧道初期支護之前)當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道表面圍巖的位移值u₀^b＝0.06m，原設(shè)計錨桿2的有效長度l＝3m、直徑為Φ22mm且錨桿2的間排距為0.8m，所述錨桿2桿體表面單位長度上的剪切剛度系數(shù)K＝2MPa/m＝2×10⁶Pa/m，所述錨桿2的彈性模量E_a＝200GPa＝200×10⁹Pa，所述錨桿2的橫截面積A_s＝4.91cm²＝4.91×10^-4m²，所述錨桿2的直徑(即桿體直徑)為25mm，所述錨桿2的橫截面周長D＝0.08m，隧道表面圍巖支護反力P_i＝300kPa＝300×10³Pa(具體是指隧道邊墻表面圍巖支護反力)，所述錨桿2的內(nèi)端至當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道中心點的距離r_b＝8.3m，當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖巖體的碎脹系數(shù)K_p＝1.05。

根據(jù)公式(10)，得出未支護時當(dāng)前所施工節(jié)段的隧道圍巖塑性區(qū)等效半徑

根據(jù)公式(9)，得出

根據(jù)公式(9-1)，得出

根據(jù)公式(8)，得出

根據(jù)公式(4)，得出

根據(jù)公式(3)，得出

根據(jù)公式(6)，得出

同時，計算得出隧道圍巖強度參數(shù)

根據(jù)公式(2)，得出

根據(jù)隧道表面圍巖碎脹變形后的等效半徑的計算公式，得出

根據(jù)公式(5)，得出

根據(jù)公式(1)，得出S＝S₁+S₂＝0.068+0.113＝0.181m。

由于目前進行隧道施工過程中，為避免軟巖變形后造成隧道侵限，一般在初期支護和二次襯砌之間預(yù)留80mm～120mm的變形量，即與原先設(shè)計的開挖預(yù)留量(即施工開挖設(shè)計預(yù)留量)最大值為120mm。

而根據(jù)公式(1)，計算得出支護完成后軟巖隧道的圍巖向內(nèi)位移理論值S＝0.181m，并且根據(jù)現(xiàn)場測試得出圍巖向內(nèi)位移理論值S與現(xiàn)場圍巖實際位移量基本吻合，但計算得出的圍巖向內(nèi)位移理論值S大于施工開挖設(shè)計預(yù)留量，最終導(dǎo)致隧道初期支護結(jié)構(gòu)在縱向與環(huán)向均出現(xiàn)嚴(yán)重開裂，并威脅后期隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因而需要對所施工軟巖隧道1開挖時的預(yù)留開挖量進行重新確定，并且根據(jù)計算得出的圍巖向內(nèi)位移理論值S進行確定。

之后，再按照步驟四中所述的方法，對所采用的隧道初期支護結(jié)構(gòu)進行確定，再根據(jù)所確定的隧道初期支護結(jié)構(gòu)，在隧道開挖過程中，同步由后向前對所述隧道洞進行隧道初期支護施工；并且，對所述隧道洞進行隧道初期支護施工過程中，同步由后向前在施工成型的所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)內(nèi)施工柔模支護結(jié)構(gòu)5；所述柔模支護結(jié)構(gòu)5施工過程中，同步由后向前在施工成型的柔模支護結(jié)構(gòu)5內(nèi)施工隧道二次襯砌4。

本實施例中，所述隧道洞底部增設(shè)錨桿2進行支護，并且采用可壓縮的全斷面鋼支架，同時將錨桿2的間排距由1.2m×1.2m調(diào)整為0.8m×0.8m，能顯著增加圍巖組合拱的厚度；同時，在所述隧道洞內(nèi)壁噴射形成層厚為25cm的所述混凝土層，所噴射的混凝土為C30鋼纖維混凝土，能進一步改善軟巖隧道1的初期支護效果。同時，在所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)與隧道二次襯砌4之間施工柔模支護結(jié)構(gòu)5，該柔模支護結(jié)構(gòu)5能與所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)進行協(xié)調(diào)變形，從而能確保隧道二次襯砌4的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。所述柔模支護結(jié)構(gòu)5形成軟回填層，在所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)與柔模支護結(jié)構(gòu)5的基礎(chǔ)上，按照原有設(shè)計設(shè)置鋼筋混凝土二次襯砌支護結(jié)構(gòu)(即隧道二次襯砌4)，以大幅度提高所述隧道支護結(jié)構(gòu)的整體強度與剛度，防止所述隧道初期支護結(jié)構(gòu)與柔模支護結(jié)構(gòu)5的過大變形，確保所述軟巖隧道1的長期穩(wěn)定。

本實施例中，所述錨桿2的有效長度為3m。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。