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1、10申请公布号CN102913261A43申请公布日20130206CN102913261ACN102913261A21申请号201210438828622申请日20121105E21D13/0220060171申请人中国科学院武汉岩土力学研究所地址430071湖北省武汉市武昌小洪山72发明人江权冯夏庭徐鼎平陈建林江亚丽54发明名称一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞57摘要本发明涉及一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞技术，在已知垂直地下洞室轴线平面上的缓倾角错动带的参数视倾角、粘聚力、内摩擦角、地下洞室的宽度、垂直地下洞室轴线平面上岩体的应力张量和设定的。
2、抗滑安全系数后通过计算确定设置梯式阻滑群洞的设计参数，然后在缓倾角错动带平面内分别在地下洞室的上方和下方分别布置一组梯形结构的混凝土阻滑群洞，梯形阻滑群洞由两条主洞和与其轴线垂直联通的多条连接洞相互构成。该方法可以在地下洞室中含缓倾角错动带开挖时实现阻滑力均匀分布、较高阻滑力和整体阻滑可靠性，有效地防治大型地下工程开挖时出露洞室边墙的缓倾角错动带发生滑动变形或破坏。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页1/1页21一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞，其特征在于A在含缓倾角错动带1岩层中预。
3、开挖的地下洞室5边墙两侧的外侧岩体9内分别开挖第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞，第一梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2的轴线和第二主洞4的轴线均位于缓倾角错动带2的平面内，第一主洞2的轴线和第二主洞4轴线的相互平行且与地下洞室5的边墙平面平行，第一主洞2与第二主洞4之间开挖两条以上的连接洞3，连接洞3的轴线垂直于第一主洞2和第二主洞4的轴线，第二梯形结构的阻滑群洞中的第三主洞6的轴线和第四主洞8的轴线均位于缓倾角错动带2的平面内，第三主洞6的轴线和第四主洞8轴线相互平行且与地下洞室5的边墙平面平行，第三主洞6与第四主洞8之间开挖两条以上的连接洞7，连接洞7的轴线垂直于第三主洞6和第。
4、四主洞8的轴线；B所述第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8的宽度BT是在已知预开挖地下洞室5的宽度B、拟填充混凝土的抗剪强度CON、垂直地下洞室5的轴线平面上的缓倾角错动带1的视倾角、缓倾角错动带1的粘聚力C和缓倾角错动带1的内摩擦角、垂直地下洞室5的轴线平面上岩体9应力张量XX，YY，XY和设定的阻滑安全系数FS后，按式1计算获得；BTFSFB/2/CON式1式中，FCOS2XXSIN2YY2SINCOSXYTANC式2SINCOSYYXXCOS2SIN2XY式3第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8的高度为已知缓倾角错动带。
5、1的平均高度的二倍，第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8的长度等于缓倾角错动带1在地下洞室5的边墙出露的平均长度；C所述第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2的轴线和第四主洞8的轴线到地下洞室5临近直立边墙的距离为地下洞室5宽度的一倍，第二主洞4的轴线和第三主洞6的轴线到地下洞室5临近直立边墙的距离为地下洞室5宽度的03倍；D所述第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞中的连接洞3和连接洞7的断面尺寸小于或等于第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8的断面尺寸，两条以上相邻连接洞3的轴线之间的间距为地下洞室5的05倍，两条以上相邻连接洞7的轴线之间的。
6、间距为地下洞室5宽度的05倍；E对所述第一梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2、第二主洞4和两条以上连接洞3进行抗剪强度为CON的混凝土填充，对第三主洞6、第四主洞8和两条以上连接洞7进行抗剪强度为CON的混凝土填充。权利要求书CN102913261A1/5页3一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞技术领域0001本发明涉及一种岩土地下工程领域的防治技术，更具体涉及一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞技术，它可有效地防治大型地下工程开挖时出露在洞室边墙的缓倾角错动带发生滑动变形或破坏。背景技术0002我国大陆地壳历史上先后经历了印支期、燕山期、喜马拉雅期、新构造期。
7、等大规模内动力构造过程，地壳岩体因强烈挤压或张拉构造而普遍发生了断裂，导致岩层中产生大规模产状与岩层产状基本一致且力学性质较差的缓倾角错动带地质体，给我国大型地下工程建造带来了极大安全挑战，如向家坝水电站地下厂房缓倾角错动带、两河口电站地下主变室缓倾角层间错动带、白鹤滩水电站地下洞室群缓倾角层间和层内错动带等。实践中发现，由于缓倾角错动带较低的力学强度和历史上的剪切错动，地下工程开挖扰动极易导致出露在洞室边墙的错动带岩体发生再次滑动，进而导致的工程安全问题十分突出，如洞室边墙岩体剪切错位、上盘岩体大变形、边墙喷砼和混凝土开裂、高边墙锚杆或锚索荷载超设计值等，严重威胁地下洞群的安全建设。可见，开。
8、展地下洞室中缓倾角错动带的阻滑技术开发对于今后大型地下工程安全建设具有十分重要的意义，如果能够通过阻滑技术避免缓倾角错动带的剪切滑动，将可极大地减少和避免工程事故发生，大大节约工程建设。0003然而，由于缓倾角错动带的空间延展大、历史上的多次滑动、硬一软一硬复合结构等特点，现有涉及地下工程围岩和软弱带的加固技术都无法有效和可靠地防治洞室开挖卸荷下出露在地下洞室边墙的缓倾角错动带滑动或破坏。这是因为00041通常的围岩加固技术如锚杆、喷射混凝土、锚索等只能对地下洞室表面和锚索/锚杆安装深度范围内的岩体进行加固，而无法针对延展范围达数百米或上公里的缓倾角错动带进行内部加固中华人民共和国建设部，20。
9、01年7月，“锚杆喷射混凝土支护技术规范GB500862001”，原国家冶金工业局；岩石力学与工程学报，2002年第7期，庄心善，“锚杆加固岩体边坡设计法分析”；岩石力学与工程学报，2011年第9期，师晓权,“软弱围岩隧道超前预加固技术试验研究”。00052常规加固技术如锚杆、喷射混凝土、锚索等提供的阻止地下工程岩层或软弱面剪切滑动的抗阻力十分有限，远小于缓倾角错动带上下盘滑动时的滑动力，从而无法可靠地阻止缓倾角错动带在洞室开挖卸荷下的滑动变形或破坏。00063边坡治理中常用的单一或多条置换洞是一典型的单向式抗滑方法，其抗滑洞没有能考虑具有一定厚度且延展范围大的缓倾角错动特点，也未能考虑大型地。
10、下大型洞室开挖后形成的内部大空区和开挖卸荷过程中洞室边墙岩体变形和应力释放的特殊性，从而其方法和经验通常也无法满足大型地下洞室中错动带的加固要求水力发电，2007年11期，周述椿，“拉西瓦水电站拱坝左坝肩抗剪洞布置探讨”；吉林水利，2011年第2期，徐亮，“抗剪洞施工期边坡监测与分析”四川水力发电，2011年第4期，陈佳伟，“某水电站坝说明书CN102913261A2/5页4址区松动岩体开挖加固效果初探”；人民长江，2012年第6期，王小毛，“三里坪水利水电枢纽工程关键技术问题研究”。发明内容0007针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞技。
11、术，旨在克服当前地下工程中错动带的滑动变形与破坏治理技术储备不足，实现对大型地下洞室开挖过程中缓倾角错动带变形与破坏的防治。0008为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞，0009A在含缓倾角错动带岩层中预开挖的地下洞室边墙两侧的外侧岩体内分别开挖第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞，第一梯形结构的阻滑群洞中第一主洞的轴线和第二主洞的轴线均位于缓倾角错动带的平面内，第一主洞的轴线和第二主洞的轴线相互平行且与地下洞室的边墙平面平行，第一主洞与第二主洞之间开挖两条以上的连接洞，连接洞的轴线垂直于第一主洞和第二主洞的轴线，第二梯形结。
12、构的阻滑群洞中第三主洞的轴线和第四主洞的轴线均位于缓倾角错动带的平面内，第三主洞的轴线和第四主洞的轴线相互平行且与地下洞室的边墙平面平行，第三主洞与第四主洞之间开挖两条以上的连接洞，连接洞的轴线垂直于第三主洞和第四主洞的轴线；0010B所述第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞、第二主洞、第三主洞和第四主洞的宽度BT是在已知预开挖地下洞室的宽度B、拟填充混凝土的抗剪强度CON、垂直地下洞室轴线的平面上缓倾角错动带的视倾角、缓倾角错动带的粘聚力C和缓倾角错动带的内摩擦角、垂直地下洞室轴线的平面上岩体应力张量XX，YY,XY和设定的阻滑安全系数FS后，按式1计算获得；0011B。
13、TFSFB/2/CON式10012式中，0013FCOS2XXSIN2YY2SINCOSXYTANC式20014SINCOSYYXXCOS2SIN2XY式30015第一主洞、第二主洞、第三主洞和第四主洞的高度为已知缓倾角错动带的平均高度的二倍，第一主洞、第二主洞、第三主洞和第四主洞的长度等于缓倾角错动带在地下洞室的边墙出露的平均长度；0016C所述第一梯形结构的阻滑群洞和第二梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞的轴线和第四主洞的轴线到地下洞室临近直立边墙的距离为地下洞室宽度的一倍，第二主洞的轴线和第三主洞的轴线到地下洞室的临近直立边墙的距离为地下洞室宽度的03倍；0017D所述第一梯形结构的阻滑群洞。
14、和第二梯形结构的阻滑群洞中的连接洞的断面尺寸小于或等于第一主洞、第二主洞、第三主洞和第四主洞的断面尺寸，两条以上相邻连接洞的轴线之间的间距为地下洞室宽度的05倍；0018E对所述第一梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞、第二主洞和两条以上连接洞进行抗剪强度为CON的混凝土填充，对第三主洞、第四主洞和两条以上连接洞进行抗剪强度为CON的混凝土填充。0019由于采用了上述技术方案，本发明可以有效地防治大型地下洞室开挖过程中错动说明书CN102913261A3/5页5带的滑动变形或破坏，具有如下技术效果00201实现了阻滑力均匀分布梯式阻滑群洞通过在地下洞室一倍洞宽的错动带平面上内布置多条联通的阻滑混凝土。
15、群洞，将抵抗缓倾角错动带滑动的阻滑力较均匀地分布在地下洞室周围岩体中，改变了单一抗滑洞导致局部应力集中的不足，可很好地发挥了地下洞室开挖过程中阻滑群洞抵抗缓倾角错动带剪切变形与破坏的功能。00212获得了高阻滑力在拟地下洞室的周围岩体，由于梯式阻滑群洞包含了4条主混凝土洞和多条混凝土连通洞，故其在缓倾角错动带平面上的混凝土抗剪总面积大且相互连接，故可以提供足够高的整体抗剪强度来抵抗地下洞室开挖过程中缓倾角错动带上下盘的滑动力。00223提高了整体阻滑的可靠性梯式阻滑群洞的主洞与连接洞相互连通，整体结构性好，避免了因个别阻滑洞混凝土破坏或质量缺陷而导致整体阻滑效果不理想或失效，有效地提高了地下洞。
16、室边墙出露缓倾角错动带阻滑防治的可靠性。附图说明0023图1为本发明的梯式阻滑群洞的示意图0024图2为图1的AA剖面视图0025图3为图1的BB剖面视图具体实施方式0026下面结合附图1、附图2和附图3，对本发明一种防治地下洞室中缓倾角错动带变形与破坏的梯式阻滑群洞技术作进一步详细描述。0027本发明具体实施方式为00281计算缓倾角错动带1的阻滑力F和滑动力，已知垂直地下洞室5轴线平面上的缓倾角错动带1的视倾角、缓倾角错动带1的粘聚力C和缓倾角错动带1的内摩擦角，垂直地下洞室5轴线的平面上的岩体9的应力张量XX，YY，XY和设定的抗滑安全系数FS后，依据式4和式5计算出F和。0029FCO。
17、S2XXSIN2YY2SINCOSXYTANC式40030SINCOSYYXXCOS2SIN2XY式500312计算防止缓倾角错动带1滑动变形的阻滑群洞需提供的抗滑力FC，已知缓倾角错动带1在地下洞室5边墙出露的宽度B，按式6计算防止缓倾角错动带1向地下洞室5滑动的两侧阻滑群洞需提供的抗滑力FC。0032FCFSFB式600333确定阻滑群洞中主洞的宽度，已知填充混凝土的抗剪强度为CON，根据式7计算第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8的宽度BT。0034BTFC/2/CON式700354确定阻滑群洞中主洞的高度，第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6、第四主洞8的高度值等于缓倾角错动带。
18、1的平均高度HC的两倍，这样可以确保阻滑群洞开挖完成并填充混凝土后第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6和第四主洞8有一定深度的混凝土嵌固在岩体9中。说明书CN102913261A4/5页600365在含缓倾角错动带岩层中预开挖的地下洞室边墙一侧的外侧岩体9内开挖第一梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2，第一主洞2的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第一主洞2的断面为城门洞形或矩形，第一主洞2的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第一主洞2的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于地下洞室5的宽度。00376在含缓倾角错动带岩层中预开挖的地下洞室边墙一侧的外侧岩体9内开挖第一梯形结构的阻滑群洞中的第二主洞4。
19、，第二主洞4的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第二主洞4的断面为城门洞形或矩形，第二主洞4的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第二主洞4的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于地下洞室5的宽度B的03倍。00387在第一主洞2与第二主洞4之间开挖两条以上的连接洞3，连接洞3的轴线垂直于第一主洞2的轴线，连接洞3的断面尺寸小于或等于第一主洞2和第二主洞4的断面尺寸，两条以上相邻连接洞3的轴线之间的间距为地下洞室宽度的05倍。00398在开挖完成的第一主洞2、第二主洞4和所有连接洞3内充填抗剪强度为CON的混凝土。00409在含缓倾角错动带岩层中预开挖的地下洞室边墙另一侧的外侧岩体9内开挖第二梯形。
20、结构的阻滑群洞中的第四主洞8，第四主洞8的断面为城门洞形或矩形，第四主洞8的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第四主洞8的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第四主洞8的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于地下洞室5的宽度。004110在含缓倾角错动带岩层中预开挖的地下洞室边墙另一侧的外侧岩体9内开挖第二梯形结构的阻滑群洞中的第三主洞6，第三主洞6的断面为城门洞形或矩形，第三主洞6的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第三主洞6的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第三主洞6的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于地下洞室5的宽度B的03倍。004211在第三主洞6与第四主洞8之间开挖两条以上的连接洞。
21、7，连接洞7的轴线垂直于第三主洞6的轴线，连接洞7的断面尺寸小于或等于第三主洞6和第四主洞8的断面尺寸，两条以上相邻连接洞7的轴线之间的间距为地下洞室宽度的05倍。004312在开挖完成的第三主洞6、第四主洞8和所有连接洞7内充填抗剪强度为CON的混凝土。004413在完成第一主洞2、第二主洞4、连接洞3、第三主洞6、第四主洞8和连接洞7的混凝土填充施工并确保混凝土强度达到规范要求后，在岩体9中进行原拟开挖地下洞室5的开挖施工。0045具体实施例00461在已知垂直厂房轴线平面上的缓倾角错动带1的视倾角20、缓倾角错动带1的粘聚力C05MPA和缓倾角错动带1的内摩擦角150，设定的抗滑安全系数。
22、FS18和垂直地下洞室5的轴线平面上岩体9的应力张量XX120MPA，YY180MPA，XY15MPA后，根据式8和式9计算可知F41612，FS52691。0047FCOS2XXSIN2YY2SINCOSXYTANC式80048SINCOSYYXXCOS2SIN2XY式900492已知地下洞室5的宽度B300M，按式10计算防止缓倾角错动带1滑动需要的抗滑力FC332376106N。说明书CN102913261A5/5页70050FCFSFB式1000513已知填充混凝土的抗剪强度为CON40MPA，根据式11计算第一主洞2、第二主洞4、第三主洞6、第四主洞8的宽带BT4155M。0052B。
23、TFC/2/CON式1100534已知缓倾角错动带1的平均高度为15M，从而确定阻滑群洞中主洞的高度为30M。00545已知缓倾角错动带1在地下洞室边墙出露的平均长度为1000M后，在含缓倾角错动带1岩层中预开挖的地下洞室5边墙一侧的外侧岩体9内开挖第一梯形结构的阻滑群洞中的第一主洞2，第一主洞2的断面为城门洞形，第一主洞2的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第一主洞2的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第一主洞2的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于300M，第一主洞2的长度等于1000M。00556在含缓倾角错动带1岩层中预开挖的地下洞室5边墙一侧的外侧岩体9内开挖第一梯形结构的阻滑群洞中。
24、的第二主洞4，第二主洞4的断面为城门洞形，第二主洞4的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第二主洞4的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第二主洞4的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于90M，第二主洞4的长度等于1000M。00567在第一主洞2与第二主洞4之间按中心线间距为150M开挖七条连接洞3，连接洞3的轴线垂直于第一主洞2的轴线，连接洞3的断面高度为30M，宽度为40M。00578在开挖完成的第一主洞2、第二主洞4和所有连接洞3内充填抗剪强度为CON的混凝土。00589在含缓倾角错动带1岩层中预开挖的地下洞室5边墙另一侧的外侧岩体9内开挖第二梯形结构的阻滑群洞中的第四主洞8，第四主洞8的。
25、断面为城门洞形，第四主洞8的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第四主洞8的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第四主洞8的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于30M，第四主洞8的长度等于1000M。005910在含缓倾角错动带1岩层中预开挖的地下洞室5边墙另一侧的外侧岩体9内开挖第一梯形结构的阻滑群洞中的第三主洞6，第三主洞6的断面为城门洞形，第三主洞6的轴线位于缓倾角错动带1的平面内，第三主洞6的轴线与地下洞室5的边墙平面平行且第三主洞6的轴线到地下洞室5的临近边墙平面的距离等于90M，第三主洞6的长度等于1000M。006011在第三主洞6与第四主洞8之间按中心线间距为15M开挖七条连接洞7，连接洞7的轴线垂直于第三主洞6的轴线，连接洞7的断面高度为30M，宽度为40M。006112在开挖完成的第三主洞6、第四主洞8和所有连接洞7内充填抗剪强度为CON的混凝土。006213在完成第一主洞2、第二主洞4、连接洞3、第三主洞6、第四主洞8和连接洞7的混凝土填充施工并确保混凝土强度达到规范要求后，在岩体9中进行原拟开挖地下洞室5的开挖施工。说明书CN102913261A1/2页8图1说明书附图CN102913261A2/2页9图2图3说明书附图CN102913261A。