高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法及结构与流程

本发明涉及岩石地下工程，尤其是一种高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法及结构。

背景技术：

1、在西部水电工程建设工程中，经常需要开挖大跨度的地下洞室，这些地下洞室一般位于高应力的岩体环境中，同时受到强烈的地质构造运动影响，岩体中往往发育强度较低的板岩、泥岩或断层影响带等软弱破碎结构，这些软弱破碎岩体同时可能存在遇水易软化的特性，不利于洞室围岩稳定控制。

2、高应力环境下在软弱破碎岩体中开挖大跨度地下洞室，其最大的困难在于，难以控制施工期间的软弱岩体的挤压大变形，特别是洞室顶拱部位，一般为应力集中区，在高地应力作用下，即便洞室开挖并支护完成后，软弱破碎岩体的挤压变形仍可能持续发展，尤其是在地下水等因素的影响下，持续的挤压变形会导致施工完成后的洞室发生支护结构破坏(锚杆、锚索断裂)、建筑结构开裂等现象。

3、对于围岩中发育软弱破碎带的大跨度地下洞室，有必要在洞室开挖前，通过技术手段控制洞室顶拱岩体的应力分布，使顶拱一定范围内岩体中形成应力较低的卸压区，从而保证洞室开挖、支护完成后，软弱破碎岩体基本不再产生挤压变形，减轻支护结构的后期受力，确保洞室围岩稳定，增加支护结构的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法及结构，限制高应力集中引起的软弱破碎岩体挤压变形以及软弱岩体因遇水弱化引起的变形，从而提高围岩稳定性和洞室支护结构的安全性。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，包括以下步骤：

4、(1)在洞室顶拱上方岩体内布置与洞室轴线平行的纵向施工支洞，以及与纵向施工支洞垂直相交的两条横向施工支洞，两条横向施工支洞分别布置在软弱破碎带前后两侧；

5、(2)通过横向施工支洞在软弱破碎带前后两侧岩体中分别布设一排向下的卸压孔，卸压孔底端与洞室的设计开挖轮廓线保持一定距离；

6、(3)通过卸压孔周围岩体裂隙的自然扩展，使同一排卸压孔通过周围的裂隙相互连通，从而在软弱破碎带两侧岩体中分别形成一个应力较低的卸压区；

7、(4)当卸压孔周围岩体完整、强度较高，卸压孔周围岩体不会松弛破裂，无法在岩体中形成应力较低的卸压区时，向卸压孔内注入高压水，通过水力压裂在孔周岩体形成裂隙，并使裂隙扩展，将同一排卸压孔相互连通，形成应力较低的卸压区；

8、(5)通过纵向施工支洞在软弱破碎带岩体中施工排水孔，将软弱破碎带岩体中的地下水排入纵向施工支洞，并通过纵向施工支洞排出到洞室以外；

9、(6)当软弱破碎带岩体中的地下水被排到洞室底板以下后，则完成了工程的预处理工作，然后按常规施工方法进行地下洞室开挖施工；

10、(7)洞室开挖完成后，对洞室内壁的软弱破碎带岩体进行刻槽处理，之后在刻槽内回填混凝土衬砌，并且用预应力锚索将洞室顶拱及两侧边墙处的混凝土衬砌与软弱破碎带岩体前后两侧的完整岩体固定连接。

11、进一步的方案为，步骤(2)中，卸压孔与软弱破碎岩体平行布置。

12、进一步的方案为，步骤(2)中，卸压孔底端与洞室的设计开挖轮廓线保持4～6m距离。

13、进一步的方案为，步骤(2)中，卸压孔的孔径为0.1～0.3m，岩体完整性越好孔径越大。

14、进一步的方案为，步骤(5)中，排水孔从纵向施工支洞的顶拱和边墙向上延伸到软弱破碎带岩体内，排水孔内设置透水管。

15、进一步的方案为，步骤(7)中，刻槽深度大于0.5m。

16、本发明的另一技术方案是：

17、高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工结构，包括：

18、纵向施工支洞，布置在洞室顶拱上方岩体内，与洞室轴线平行；

19、两条横向施工支洞，分别布置在软弱破碎带前后两侧，均与纵向施工支洞垂直相交；

20、两排卸压孔，分别设置在两条横向施工支洞的底部，每一排卸压孔沿横向施工支洞的长度方向排列，各卸压孔向下延伸且底端与洞室的设计开挖轮廓线保持一定距离，同一排卸压孔之间通过周围岩体的裂隙相互连通，从而在软弱破碎带前后两侧形成应力较低的卸压区；

21、若干排水孔，从纵向施工支洞的顶拱和边墙向上延伸到软弱破碎带岩体内，用于将软弱破碎带岩体中的地下水排入纵向施工支洞，再经纵向施工支洞外排；

22、刻槽，设置在洞室四周内壁的软弱破碎带岩体上；

23、混凝土衬砌，回填在刻槽内，洞室顶拱及两侧边墙处的混凝土衬砌通过预应力锚索与软弱破碎带岩体前后两侧的完整岩体固定连接。

24、进一步的方案为，所述卸压孔与软弱破碎岩体平行布置，孔径为0.1～0.3m，岩体完整性越好孔径越大，卸压孔底端与洞室的设计开挖轮廓线保持4～6m距离。

25、进一步的方案为，所述排水孔内设置透水管，纵向施工支洞的顶拱处的排水孔垂直向上延伸，边墙处的排水孔为仰斜排水孔，仰角为20-30。

26、进一步的方案为，所述刻槽深度大于0.5m。

27、本发明具有以下有益效果：本发明针对高应力大跨度地下洞室围岩中发育软弱破碎带，可能导致软弱岩体发生挤压大变形的问题，通过卸压孔控制洞室顶拱岩体应力分布，在破碎带两侧一定范围内岩体中形成应力较低的卸压区，一方面可以提前释放岩体中一部分弹性压缩能，更重要的是可以避免洞室开挖完成后因应力集中导致的软弱岩体挤压大变形，同时通过提前排水措施，避免了软弱破碎带岩体发生软化，确保围岩稳定和支护结构安全性，降低施工难度和工程造价，加快工程进度。

技术特征：

1.高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于：步骤(2)中，卸压孔与软弱破碎岩体平行布置。

3.根据权利要求1所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于：步骤(2)中，卸压孔底端与洞室的设计开挖轮廓线保持4～6m距离。

4.根据权利要求1所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于：步骤(2)中，卸压孔的孔径为0.1～0.3m，岩体完整性越好孔径越大。

5.根据权利要求1所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于：步骤(5)中，排水孔从纵向施工支洞的顶拱和边墙向上延伸到软弱破碎带岩体内，排水孔内设置透水管。

6.根据权利要求1所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法，其特征在于：步骤(7)中，刻槽深度大于0.5m。

7.高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工结构，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工结构，其特征在于：所述卸压孔(6)与软弱破碎岩体平行布置，孔径为0.1～0.3m，岩体完整性越好孔径越大，卸压孔(6)底端与洞室(1)的设计开挖轮廓线保持4～6m距离。

9.根据权利要求7所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工结构，其特征在于：所述排水孔(4)内设置透水管，纵向施工支洞(2)的顶拱处的排水孔(4)垂直向上延伸，边墙处的排水孔(4)为仰斜排水孔(4)，仰角为20-30。

10.根据权利要求7所述的高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工结构，其特征在于：所述刻槽深度大于0.5m。

技术总结本申请涉及一种高应力大跨度地下洞室围岩发育软弱破碎带的卸压施工方法及结构。适用于岩石地下工程技术领域。技术方案包括：纵向施工支洞，布置在洞室顶拱上方岩体内，与洞室轴线平行；两条横向施工支洞，分别布置在软弱破碎带前后两侧，均与纵向施工支洞垂直相交；两排卸压孔，分别设置在两条横向施工支洞的底部，每一排卸压孔沿横向施工支洞的长度方向排列，各卸压孔向下延伸且底端与洞室的设计开挖轮廓线保持一定距离，同一排卸压孔之间通过周围岩体的裂隙相互连通；若干排水孔，从纵向施工支洞的顶拱和边墙向上延伸到软弱破碎带岩体内；刻槽，设置在洞室四周内壁的软弱破碎带岩体上；混凝土衬砌，回填在刻槽内。技术研发人员：潘兵,胡书红,方丹,褚卫江,谢国权,姜振受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20