一种评估竖井地表存在竖向拉裂缝下井壁稳定性与支护力的方法

本发明属于竖井施工，具体涉及一种评估竖井地表存在竖向拉裂缝下井壁稳定性与支护力的方法。

背景技术：

1、竖井是长大隧道施工的重要辅助通道之一，目前国内大部分特长隧道都采用了竖井，进行长隧短打，从而加快施工进度，如世界最长高速公路隧道天山胜利隧道采用了四个竖井，期中最大竖井深度706m。在竖井开挖过程中，由于开挖卸荷等影响，地表往往存在张拉裂缝。张拉裂缝的存在，会对竖井的安全与稳定性产生影响。而关于地表张拉裂缝对竖井的稳定影响的文献报道很少，特别是张拉裂缝下井壁稳定性与支护力确定的理论分析方面。竖井井壁稳定是安全施工的前提，如何判断地表张拉裂缝下竖井是否稳定是建设单位、设计单位，特别是施工单位所关注的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种评估竖井地表存在竖向拉裂缝下井壁稳定性与支护力的方法。

2、本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的：

3、该评估竖井地表存在竖向拉裂缝下井壁稳定性与支护力的方法，包括如下步骤：

4、(1)根据竖井的围岩条件、地表竖向拉裂缝位置等，确定竖井破坏围岩的重力，其按下式计算：

5、；

6、式中，

w为竖井破坏围岩的重力；为竖井围岩的重度；

l为地表竖向拉裂缝距离竖井的距离；

h为地表竖向拉裂缝的深度；为围岩的破裂角，其按下式计算：

7、；

8、式中，为围岩的内摩擦角；

9、(2)计算井壁的稳定安全系数，其包括如下步骤：

10、(ⅰ)计算下滑力，其按下式计算：

11、；

12、式中，为下滑力；

13、(ⅱ)计算抗滑力，其按下式计算：

14、；

15、式中，为抗滑力；

c为围岩的黏聚力；

16、(ⅲ)计算稳定安全系数，其按下式计算：

17、；

18、式中，

k为井壁的稳定安全系数;

19、(3)判断井壁是否安全，若不安全，计算维持井壁稳定所需要的支护力，其包括如下步骤：

20、(ⅰ)将求得的稳定安全系数，与允许安全系数进行比较，若，则井壁安全；其中，[k]为允许稳定安全系数；

21、(ⅱ)若，则井壁不安全，需要进一步确定井壁支护力，其按下式计算：

22、；

23、式中，ps为井壁支护力;

24、由此可以评估不同地表拉裂缝的位置、不同拉裂缝深度下的竖井井壁稳定安全系数；亦可以分析确定井壁支护力。

25、本发明与现有研究方法相比的优点在于：传统的竖井稳定性分析考虑地表张拉裂缝情况，特别是地表张拉裂缝深度对竖井稳定影响的理论分析很少，已有文献多针对无地表裂缝的竖井案例分析，采用的方法也大多是采用数值模拟软件进行分析。

26、本发明为竖井地表存在张拉裂缝情况下的稳定分析提供了量化评估方法，通过本方法可以评估不同地表拉裂缝的位置、不同拉裂缝深度下的竖井井壁稳定安全系数；亦可以分析确定井壁支护力，从而为竖井支护设计提供参考，解决了该地层稳定性评估难的问题，有利于提前采取应对措，如井壁支护加强，对地表裂缝采取注浆加固等，从而保障竖井施工安全。

1.一种评估竖井地表存在竖向拉裂缝下井壁稳定性与支护力的方法，其特征在于包括如下步骤：