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专利号: 2020111935893
申请人: 中铁四局集团第五工程有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,包括以下步骤:S100根据软弱破碎围岩的地质资料和地质调查情况,针对不同的围岩等级制订相应的加固方案,加固方案包括开挖前的超前预加固和开挖后的二次加固;

S200对施工工作面的围岩进行预测,评估围岩等级,根据围岩等级选择对应的加固方案,并先实施超前预加固;所述超前预加固包括设置管棚,安装小导管,进行注浆;

S300进行隧道全断面施工,出渣后实施二次加固;所述二次加固包括设置锚杆,进行二次注浆,喷混凝土。

2.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,在S100步骤中,建立隧道的掌子面水平条分模型,进行加固方案模拟,采用极限平衡理论对掌子面稳定性进行分析,根据分析对加固方案进行优化调整。

3.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,在S100步骤中,建立掌子失稳破坏模型,进行超前预加固模拟,采用极限分析上限定理,进行未支护及超前预加固的稳定性对比和分析,根据分析对超前预加固进行优化调整。

4.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,在S100步骤中,对同一等级围岩制订多个加固方案,建立隧道的掌子面水平条分模型和掌子失稳破坏模型,分别对各加固方案进行模拟,根据模拟进行综合分析,选择最优加固方案。

5.根据权利要求4所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,所述综合分析包括施工安全性分析、施工进度分析以及工程造价分析。

6.根据权利要求5所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,所述施工安全性分析,包括对隧道全断面施工的软弱破碎围岩应力分析、变形分析和塑性分析;在分析过程中,若加固方案的不符合安全性要求,则对加固方案进行调整后再次进行安全性分析;

若经三次调整仍然不符合安全性要求,则剔除该加固方案。

7.根据权利要求5所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,最优加固方案的选择过程如下:对每个加固方案,分别就施工安全性分析、施工进度分析以及工程造价分析的结果进行评分;

确定施工安全、施工进度以及工程造价的评价权重,根据以下公式计算各加固方案的分值:Wi=Si*K1+Ti*K2+Ci*K3

上式中,Wi表示第i个加固方案的分值;Si表示第i个加固方案的施工安全性分析结果的评分;K1表示施工安全的评价权重;Ti表示第i个加固方案的施工进度分析结果的评分;K2表示施工进度的评价权重;Ci表示第i个加固方案的工程造价分析结果的评分;K3表示工程造价的评价权重;

选择计算分值最高的加固方案作为最优加固方案。

8.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,所述超前预加固采用管棚,并以下面公式计算管棚支护能够承受的极限压力:上式中,P表示管棚支护能够承受的极限压力;γ表示围岩容重;Va表示模拟的未支护围岩滑塌速率;l表示模拟的未支护围岩滑塌的厚度;r0表示管棚加固的弧面半径;lB表示模拟的未支护围岩滑塌长度;c表示粘聚力;tan和cos为三角函数; 表示围岩摩擦角;e表示自然常数;P1表示未支护段支护力;L表示未支护段长度;μ表示单位高度隧道围岩内管棚支护材料的抗拉强度;

根据计算得到的管棚支护能够承受的极限压力,对管棚超前预加固方式的管材型号选择和设置密度进行优化调整。

9.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,所述二次加固采用锚杆、喷混凝土和注浆结合,并以下面公开计算锚杆的直径:上式中,D表示锚杆的直径;F表示设计拉拔力;k表示锚杆与混凝土的剪切刚度;d表示锚杆与混凝土界面的相对轴向位移,单位为mm;L固表示锚杆的锚固长度,单位为mm;

选择锚杆直径不小于上述计算结果。

10.根据权利要求1所述的基于全断面施工软弱破碎围岩工作面加固方法,其特征在于,隧道开挖从两端相向施工,对两端掌子面距离缩小到设定距离接近贯通时的加固方案进行模拟,引入贯通点安全系数对塑性区做应力分析,并以分析结果对贯通前的加固方案进行优化调整;所述贯通点安全系数采用以下公式计算:上式中,ξ表示贯通点安全系数;c表示粘聚力;σ1表示塑性区围岩的最大应力;σ2表示塑性区围岩的最小应力;sin和cos为三角函数;表示围岩摩擦角。