(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211013814.X (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 中国路桥工程有限责任公司 地址 100011 北京市东城区安定门外大街 丙88号中路大厦 申请人 西安建筑科技大 学 (72)发明人 王业涛　丁立波　裴佳峰　王付华　 魏晓航　鲍俊超　巴文雯　王征　 宋战平　田小旭　 (74)专利代理 机构 西安研创天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 61239 专利代理师 谢亚娟 (51)Int.Cl. E21D 11/10(2006.01) E21D 11/18(2006.01)E21D 20/02(2006.01) E21D 9/00(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式 的确定方法 (57)摘要 本发明公开了一种新意法公路隧道支护方 式和开挖方式的确定方法， 在隧道 一个循环完成 且露出新的掌子面后， 对掌子面围岩RMR级别进 行确定； 根据掌子面围岩RMR分级结果以及岩体 破碎程度， 确定隧道的支护方式； 根据掌子面围 岩RMR分级结果， 基于修正的围岩自稳时间 Nguyen模型确定最终隧道开挖方式。 本发明中隧 道支护方式和开挖方式的确定方法能很大程度 简化隧道的设计工作。 此外， 本发明中隧道自稳 时间的确定为隧道 施工开挖方法提供了新思路。 权利要求书2页 说明书10页 附图9页 CN 115387816 A 2022.11.25 CN 115387816 A 1.一种新 意法公路隧道 支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤， S1： 在隧道一个 循环完成且露出新的掌子面后， 对掌子面围岩RMR级别进行确定； S2： 根据掌子面围岩RMR分级结果以及岩体破碎程度， 是否处于特殊地段， 确定隧道的 支护方式； S3： 根据掌子面围岩RMR分级结果， 基于修正的围岩自稳时间Nguyen模型确定最终隧道 开挖方式。 2.根据权利要求1所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 步骤S1的具体操作包括以下步骤， S101： 在掌子面处取多个岩块， 进行 载荷强度试验， 确定掌子面围岩的点载荷强度； S102： 测量掌子面围岩的等级参数， 所述等级参数包括掌子面上主要不连续面长度， 宽 度， 粗糙度， 风化程度， 填充情况， 产状以及不连续 面间距； S103： 根据掌子面上不连续 面间距， 计算掌子面围岩的RQD值， RQD＝115‑3.3JV JV＝1/S1+1/S2+……1/Sn 式中， JV为单位体积节理数； S1， S2，……， Sn为掌子面 不连续面的间距； S104： 观察掌子面， 判断掌子面状态， 所述掌子面状态包括干燥、 潮湿、 湿润、 滴水和流 动； S105： 根据步骤S101～S104的结果， 计算掌子面围岩RMR级别。 3.根据权利要求1所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 掌子面围岩RMR级别为II级， 岩体轻微破碎时， 支护方式为： 拱顶预支护采用全灌浆岩 石锚杆7‑12根， 长6.0m， 纵向间距1.2m， 横向间距2.05m； 初支采用厚度20cm的钢纤维喷射混 凝土； 二衬采用厚度为 40cm的素混凝 土， 仰拱采用厚度为70 cm的素混凝 土。 4.根据权利要求3所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 掌子面围岩RMR级别为II ‑III级， 岩体中度破碎时， 支护方式为： 初支采用厚度20cm的 钢纤维喷射混凝土， 2榀160工字钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.2 ±10％m； 二衬采用厚度为 40cm的素混凝 土， 仰拱采用厚度为70 cm的素混凝 土； 掌子面围岩RMR分级为II ‑III级， 且处于特殊地段时， 支护方式为： 拱顶预支护采用壁 厚10mm的39 ±10根直径114.3mm钢管； 初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土， 2榀160工 字钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.0m； 二衬采用厚度为40cm～110cm的素混凝土， 仰拱采用 厚度为70 cm的素混凝 土。 5.根据权利要求4所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 掌子面围岩RMR级别为III ‑IV级， 岩体中度至高度破碎时， 支护方式为： 初支采用厚度 20cm的钢纤维喷射混凝土， 2榀180工字钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.2 ±10％m； 二衬采用 厚度为65cm的素混凝 土， 仰拱采用厚度为80 cm的钢筋混凝 土； 掌子面围岩RMR级别为III ‑IV级， 岩体中度破碎时， 支护方式为： 拱顶预支护采用全灌 浆岩石锚 杆7‑12根， 长6.0m， 纵向间距为1.4m， 横向间距2.05m； 初支采用20cm厚度的钢纤维权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115387816 A 2喷射混凝土， 2榀180工字钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.4 ±10％m； 二衬采用厚度为65cm的 素混凝土， 仰拱采用厚度为80 cm的钢筋混凝 土。 6.根据权利要求5所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 掌子面围岩RMR级别为IV级， 且处于特殊地段时， 支护方法为： 拱顶预支护采用壁厚 10mm的39 ±10根直径114.3mm钢管； 初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土， 2榀180工字 钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.0m； 二衬采用厚度为40cm～110cm的钢筋混凝土， 仰拱采用 厚度为80 cm钢筋混凝 土； 掌子面围岩RMR级别为IV级以及IV级以上， 未处于特殊地段时， 支护方法为： 拱顶预支 护采用壁厚10mm的39 ±10根直径114.3mm钢管； 初支采用厚度为20cm的钢纤维喷射混凝土， 2榀180工字钢组合的型钢拱架， 纵向间距1.0m； 超前核心土加固采用长18.0m的55 ±10％根 玻璃纤维导管； 二衬采用厚度6 5cm的钢筋混凝 土， 仰拱采用厚度为80 cm的钢筋混凝 土。 7.如权利要求4或6所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于： 所述特殊地段包括低覆盖层、 隧道轴线与边坡平行、 岩体破碎、 涌水强烈以及接近 断层带。 8.根据权利要求2所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 步骤S3的具体操作包括以下步骤， S301： 根据掌子面围岩RMR分级结果， 确定初步隧道开挖方式； S302： 构建基于修 正的围岩自稳时间Nguyen模型， 计算隧道的自稳时间； S303： 对比隧道的自稳时间与步骤S301中确定的不同初步 隧道开挖方式所需的时间， 确定最终隧道开挖方式。 9.根据权利要求8所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 步骤S3 01中， 初步隧道开挖方式包括全断面 开挖法、 二台阶法和三台阶法。 10.根据权利要求8所述的一种新意法公路隧道支护方式和开挖方式的确定方法， 其特 征在于， 步骤S3 02中构建基于修 正的围岩自稳时间Nguyen模型的具体操作包括以下步骤， S3021： 根据隧道的埋深对Nguyen模型的系数进行修 正； 深埋情况下， Nguyen的修正系数为K＝A1H‑3.333， 式中， A1＝4.75E+23RMR‑7.75， 式中， H为隧 道的埋深， E为掌子面围岩的弹性模量； 浅埋情况 下， Nguyen的修 正系数为K＝A2RMR‑7.751， 式中， A2＝4.58E+23 H‑3.333； S3022： 根据修 正后的Nguyen模型的系数， 构建修 正后的Nguyen模型为 式中， L(Kt*)表示深埋情况下未支护跨度； L*(Kt*)表示浅埋情况下未支护跨度； γ为岩 体重度， α 和 δ 为 Nguyen模型的参数， α ＝0.70 0， δ ＝0.0 05， 为位移。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115387816 A 3