一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法与流程

本发明涉及铁路隧道工程地质勘察领域，特别涉及一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法。

背景技术：

1、在复杂艰险山区铁路修建的过程中，由于复杂的地质构造环境，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，且存在高构造应力条件，在这些不利因素的叠加作用下，隧道会产生不同程度的大变形问题，给隧道施工造成严重影响。因此在施工过程中，首先需要准确判别大变形等级，以采取针对性的措施对不同等级大变形进行预防控制。

2、国内外学者针对隧道围岩大变形问题开展了大量研究工作并取得了丰富的研究成果，从不同角度、采用多种指标对围岩大变形进行定义、界定及分级，多采用经验公式或者数学模型等进行计算判定，考虑因素众多、指标系统复杂、计算过程繁琐，难以快速、准确的判定大变形等级，及时支撑施工决策。为此，为更好地根据隧道开挖情况快速判别可能发生的大变形等级，需要根据隧道掌子面开挖揭示数据，结合关键控制因素，快速给定大变形等级，为施工工法调整和支护措施制定提供依据。。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中判断隧道围岩大变形时考虑因素众多、指标系统复杂、计算过程繁琐，难以快速、准确的判定大变形等级的问题，提供一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，包括以下步骤：

4、s1、获取隧道施工段的基本地质资料；基本地质资料包含地形地貌、地层岩性、地质构造和最大初始地应力；

5、s2、根据隧道勘察设计资料和掌子面施工揭示情况，分析开挖段所处的构造部位，预估开挖段可能发生的大变形类型是板裂型、节理型或断层型；

6、s3、若为断层型，当围岩分级结果为v级围岩，则结合地层岩性和最大初始地应力判定大变形等级，否则，开挖段无发生大变形的可能；

7、若为板裂型或节理型，当围岩分级结果为iv～v级围岩，则结合岩层厚度、地层岩性和最大初始地应力判定大变形等级，否则，开挖段无发生大变形的可能。

8、优选的，断层岩性结果根据掌子面岩体特征进行划分，岩体特征包含碎裂状、角砾状和黏土状。

9、进一步优选的，当最大初始地应力f为8mpa≤f＜10mpa：若岩体特征为碎裂状，则开挖段的大变形等级判定为i级，若岩体特征为角砾状，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若岩体特征为黏土状，则开挖段的大变形等级判定为iii级；当最大初始地应力f≥10mpa：若岩体特征为碎裂状，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若岩体特征为角砾状，则开挖段的大变形等级判定为iii级，若岩体特征为黏土状，则开挖段的大变形等级判定为iv级。

10、优选的，当为板裂型或节理型时，若围岩分级结果为iv级围岩，则根据岩层厚度和最大初始地应力判定大变形等级。

11、进一步优选的，当最大初始地应力f为10mpa≤f＜15mpa：若岩层厚度h≤10cm，则开挖段的大变形等级判定为i级；当最大初始地应力f≥15mpa：若岩层厚度10＜h≤30cm，则开挖段的大变形等级判定为i级，若岩层厚度h≤10cm，则开挖段的大变形等级判定为ii级。

12、优选的，当为板裂型或节理型时，若围岩分级结果为v级围岩，则根据地层岩性和最大初始地应力判定大变形等级。

13、进一步优选的，当最大初始地应力f为8mpa≤f＜10mpa：若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为i级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级；当最大初始地应力f为10mpa≤f＜15mpa：若地层岩性为较软岩，则开挖段的大变形等级判定为i级；若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为iii级；当最大初始地应力f≥15mpa：若地层岩性为较软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级；若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为iii级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为iv级。

14、优选的，最大初始地应力采用实测方法或者数值反演方法获得。

15、进一步优选的，实测方法包含水压致裂法、声发射法和扁千斤顶法。

16、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

17、1、本发明所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，能在现场地质工作基础上提取关键指标进行范围识别进而判断大变形等级，对施工段落围岩大变形判断的准确性和即时性显著提高，更适用于施工期隧道开挖段围岩大变形级别的快速判识。

18、2、以施工开挖围岩大变形等级快速判识的要求和影响大变形等级的关键指标为依据，通过针对性地从可能发生的大变形类型、围岩级别、岩层厚度、岩性和最大初始地应力范围等关键因素来对开挖段围岩进行判断，有效减少工作量，缩短分级时间，提高分级效率。

19、3、精度高、针对性强，在现场施工地质工作和围岩分级基础上，不需额外测试指标，分级方法简单、可靠、高效，可为大变形隧道围岩支护结构设计和安全施工提供技术保障。

技术特征：

1.一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，断层岩性结果根据掌子面岩体特征进行划分，岩体特征包含碎裂状、角砾状和黏土状。

3.根据权利要求2所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，当最大初始地应力f为8mpa≤f＜10 mpa：若岩体特征为碎裂状，则开挖段的大变形等级判定为i级，若岩体特征为角砾状，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若岩体特征为黏土状，则开挖段的大变形等级判定为iii级；当最大初始地应力f≥10 mpa：若岩体特征为碎裂状，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若岩体特征为角砾状，则开挖段的大变形等级判定为iii级，若岩体特征为黏土状，则开挖段的大变形等级判定为iv级。

4.根据权利要求1所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，当为板裂型或节理型时，若围岩分级结果为iv级围岩，则根据岩层厚度和最大初始地应力判定大变形等级。

5.根据权利要求4所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，当最大初始地应力f为10mpa≤f＜15mpa：若岩层厚度h≤10cm，则开挖段的大变形等级判定为i级；当最大初始地应力f≥15 mpa：若岩层厚度10＜h≤30cm，则开挖段的大变形等级判定为i级，若岩层厚度h≤10cm，则开挖段的大变形等级判定为ii级。

6.根据权利要求1所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，当为板裂型或节理型时，若围岩分级结果为v级围岩，则根据地层岩性和最大初始地应力判定大变形等级。

7.根据权利要求6所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，当最大初始地应力f为8mpa≤f＜10mpa：若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为i级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级；当最大初始地应力f为10mpa≤f＜15mpa：若地层岩性为较软岩，则开挖段的大变形等级判定为i级；若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为iii级；当最大初始地应力f≥15 mpa：若地层岩性为较软岩，则开挖段的大变形等级判定为ii级；若地层岩性为软岩，则开挖段的大变形等级判定为iii级，若地层岩性为极软岩，则开挖段的大变形等级判定为iv级。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，最大初始地应力采用实测方法或者数值反演方法获得。

9.根据权利要求8所述的一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，其特征在于，实测方法包含水压致裂法、声发射法和扁千斤顶法。

技术总结
本发明涉及一种施工期铁路隧道确定开挖段围岩大变形等级的方法，以施工开挖围岩大变形等级快速判识的要求和影响大变形等级的关键指标为依据，通过针对性地从可能发生的大变形类型、围岩级别、岩层厚度、岩性和最大初始地应力范围等关键因素来对开挖段围岩进行判断，有效减少工作量，缩短分级时间，提高分级效率，能在现场地质工作基础上提取关键指标进行范围识别进而判断大变形等级，对施工段落围岩大变形判断的准确性和即时性显著提高，更适用于施工期隧道开挖段围岩大变形级别的快速判识。

技术研发人员：贾哲强,张广泽,袁传保,王栋,徐正宣,柴春阳,陈明浩,冯涛,陶玉敬,张营旭,张敏,刘毅,邓睿
受保护的技术使用者：中铁二院工程集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15