[0043] 如图1所示的一种软岩隧道侧墙非对称式支护方法，沿隧道纵向延伸方向由后向前分多个节段对软岩隧道1进行开挖及隧道侧墙支护施工，多个所述节段的开挖及隧道侧墙支护施工方法均相同；所述软岩隧道1为深埋隧道，所述软岩隧道1的埋深H≥2B，其中B为软岩隧道1的开挖宽度，H和B的单位均为m；对于任一节段进行开挖及隧道侧墙支护施工时，包括以下步骤：
[0044] 步骤一、围岩基本力学参数确定：通过对现场所取岩样进行室内试验，对当前所施工节段的围岩基本力学参数进行测试，并对测试结果进行同步记录；
[0045] 步骤二、隧道侧墙非对称式支护结构确定：所采用的隧道侧墙非对称式支护结构包括多个沿隧道延伸方向由后向前布设在开挖成型的隧道洞内的隧道侧墙支护体系，多个所述隧道侧墙支护体系的结构均相同；每个所述隧道侧墙支护体系均包括左右两个分别对所述隧道洞的左右侧墙进行支护的侧墙支护单元，两个所述侧墙支护单元呈对称布设且二者布设在同一隧道横断面上；
[0046] 结合图2，每个所述侧墙支护单元均为对所述隧道洞侧墙上的侧墙坍塌区3进行支护的非对称式支护结构，所述侧墙坍塌区3的上部与所述隧道洞的侧墙上部相平齐，所述侧墙坍塌区3的横截面为直角梯形且其包括上部拉裂区和位于所述上部拉裂区正下方的下部滑移区，所述上部拉裂区的横截面为矩形，所述下部滑移区的横截面为直角三角形且其上部宽度与所述上部拉裂区的宽度相同；每个所述侧墙支护单元均包括侧墙深层支护结构和位于所述侧墙深层支护结构正下方的侧墙浅层支护结构；所述侧墙深层支护结构包括一根呈水平布设且对所述上部拉裂区进行支护的侧墙锚索4，所述侧墙浅层支护结构包括多根由上至下对所述下部滑移区进行支护的侧墙锚杆5，多根所述侧墙锚杆5呈平行布设且其均由内至外逐渐向下倾斜；
[0047] 所述隧道洞的侧墙设计高度 其中c为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的粘聚力，为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的内摩擦角，q为当前所施工节段的上覆岩层作用于隧道侧墙围岩2上的均布压力且q＝γ0(h1+h2)，γ为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的平均容重，γ0为当前所施工节段的上覆岩层的平均容重，γ和γ0的单位均为N/m3，c和q的单位均为Pa；h1为所述隧道洞的隧道顶板冒落拱高度且 f为当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数，h2为所
述隧道洞的拱部设计高度，h2+h3＝h4，h4为所述隧道洞的设计开挖高度，h1、h2、h3和h4的单位均为m；
[0048] 对所述隧道侧墙非对称式支护结构进行确定时，对所述侧墙支护单元所采用的支护结构进行确定，过程如下：
[0049] 步骤201、侧墙坍塌区的滑移面倾角、内侧高度、外侧高度与坍塌宽度确定：结合步骤一中所确定的围岩基本力学参数，且根据公式 计算得出当前所施工节段的侧墙坍塌区3的滑移面倾角α；式中，ψ为当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的剪胀角；所述侧墙坍塌区3的滑移面倾角α为侧墙坍塌区3中所述下部滑移区的滑移面与水平面之间的夹角；
[0050] 再根据公式和
分别计算得出当前所施工节段的侧墙坍塌区3的内侧高度h0、外侧高度z和坍塌宽度b，h0、z和b的单位均为m，α＜90°；
[0051] 所述上部拉裂区的高度为z且其宽度为b，所述下部滑移区的高度为h0-z；
[0052] 步骤202、支护结构确定：根据步骤201中确定的侧墙坍塌区3的滑移面倾角α、内侧高度h0、外侧高度z和坍塌宽度b，对所述侧墙支护单元中所述侧墙深层支护结构和所述侧墙浅层支护结构所采用的支护结构分别进行确定；
[0053] 步骤三、隧道开挖及隧道侧墙同步支护施工：由后向前对当前所施工节段进行开挖，开挖过程中根据步骤二中所确定的所述隧道侧墙非对称式支护结构，由后向前对开挖成型的所述隧道洞左右侧墙分别进行支护；
[0054] 步骤四、下一节段开挖及隧道侧墙同步支护施工：重复步骤一至步骤三，对下一节段进行开挖及隧道侧墙同步支护施工；
[0055] 步骤五、多次重复步骤四，直至完成软岩隧道1的全部开挖及隧道侧墙同步支护施工过程。
[0056] 其中，a为隧道半宽。
[0057] 本实施例中，步骤三中对当前所施工节段进行开挖时，采用全断面开挖法或台阶法进行开挖。
[0058] 并且，所采用的全断面开挖法或台阶法，均为常规的隧道开挖方法。
[0059] 本实施例中，对当前所施工节段进行开挖后形成的隧道洞进行初期支护时，所采用的隧道初期支护结构为对所述隧道洞拱墙进行支护的锚网喷初期支护结构，所述锚网喷初期支护结构为采用锚网喷支护方法施工成型的初期支护结构；
[0060] 所述锚网喷初期支护结构包括步骤二中所述隧道侧墙非对称式支护结构。并且，所述锚网喷初期支护结构还包括一层挂装在所述隧道洞拱墙上的钢筋网和一层喷射在所述隧道洞拱墙上的混凝土喷射层，所述钢筋网固定于所述混凝土喷射层内。其中，所述拱墙包括所述隧道洞的拱部和左右两侧隧道边墙。
[0061] 本实施例中，所述混凝土层为钢纤维混凝土层且其层厚为20cm～30cm。
[0062] 并且，对所述锚网喷初期支护结构进行施工时，所采用的施工方法为常规的施工方法。
[0063] 本实施例中，所述混凝土层为钢纤维混凝土层且其层厚为20cm～30cm。
[0064] 本实施例中，多个所述节段的纵向长度均为10m～50m。
[0065] 实际施工时，可根据具体需要，对所述节段的纵向长度进行相应调整。
[0066] 本实施例中，步骤一中进行围岩基本力学参数确定之前，先从当前所施工节段中选取一个分段作为测试段进行开挖；步骤一中进行围岩基本力学参数确定时，从所述测试段取岩样进行室内试验，且所获得的试验结果为开挖后当前所施工节段的围岩基本力学参数。
[0067] 本实施例中，所述测试段位于当前所施工节段后端且其长度为1m。
[0068] 步骤一中进行围岩基本力学参数确定时，从所述测试段取岩样进行室内试验，且所获得的试验结果为开挖后当前所施工节段的围岩基本力学参数。
[0069] 并且，鉴于软岩隧道1的隧道围岩的非均质、非连续及各向异性等特性，其力学参数必须在试验的基础上来确定，以确保数据准确可靠，减小计算误差。
[0070] 本实施例中，步骤二中前后相邻两个所述隧道侧墙支护体系之间的间距为0.8m～1.2m。
[0071] 实际施工时，可根据具体需要，对前后相邻两个所述隧道侧墙支护体系之间的间距进行相应调整。
[0072] 步骤一中进行围岩基本力学参数确定时，所确定的力学参数包括当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的粘聚力c、当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的内摩擦角 当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的平均容重γ、当前所施工节段的上覆岩层的平均容重γ0、当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的剪胀角ψ和当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数f。
[0073] 同时，还需对软岩隧道1的开挖宽度B、当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数f、所述隧道洞的拱部设计高度h2、所述隧道洞的设计开挖高度h4和所述隧道洞的侧墙设计高度h3进行确定。
[0074] 其中，当前所施工节段的上覆岩层也称为隧道顶板围岩，即所述隧道洞上方围岩，也称隧道上部覆盖层。
[0075] 根据本领域公知常识，隧道埋深指的是隧道开挖断面的顶部至自然地面的垂直距离。此处，所述软岩隧道1的埋深H为所述隧道洞的拱部中部至自然地面的竖向距离。
[0076] 隧道的开挖宽度是指考虑了二衬、初期支护、预留变形量后开挖轮廓的最大开挖宽度。此处，软岩隧道1的开挖宽度B也称为跨度，指软岩隧道1的最大跨度。
[0077] 步骤202中对所述侧墙深层支护结构所采用的支护结构进行确定时，根据外侧高度z对侧墙锚索4的布设位置进行确定并使侧墙锚索4位于所述上部拉裂区上，根据坍塌宽度b对侧墙锚索4的长度进行确定并使侧墙锚索4的前端伸出至所述上部拉裂区外侧；
[0078] 对所述侧墙浅层支护结构所采用的支护结构进行确定时，根据滑移面倾角α对侧墙锚杆5的倾斜角度进行确定，根据内侧高度h0和外侧高度z和坍塌宽度b对侧墙锚杆5的布设位置进行确定并使多根所述侧墙锚杆5由上至下布设于所述下部滑移区上，根据坍塌宽度b对侧墙锚杆5的长度进行确定并使每根所述侧墙锚杆5的前端均伸出至所述下部滑移区外侧。
[0079] 为施工简便，根据坍塌宽度b对侧墙锚索4的长度进行确定时，所述侧墙锚索4的长度L1＝l1+L1+l2，其中l1＝0.1m～15cm，l2＝0.3m～0.4m，L1≥1.5b；
[0080] 根据坍塌宽度b对侧墙锚杆5的长度进行确定时，所述侧墙锚杆5的长度L2＝l1+L2+l2，其中L2≥b且L2＜L1。
[0081] 其中，l1和l2表示锚杆为确保有效锚固长度对锚杆或锚索两端预留的长度值。实际使用时，l1为0.1m～15cm范围内的任一个数值，l2为0.3m～0.4m范围内的任一个数值。
[0082] 本实施例中，所述的L1＝3b～6b，所述的L2＝1.5b～3b。
[0083] 实际使用时，可根据具体需要，对L1和L2的取值大小进行相应调整。
[0084] 根据滑移面倾角α对侧墙锚杆5的倾斜角度进行确定时，侧墙锚杆5的倾斜角度α1＝180°-α-α0，α0为侧墙锚杆5与侧墙坍塌区3中所述下部滑移区的滑移面之间的夹角且65°≤α0≤75°，α1为侧墙锚杆5与水平面之间的夹角。
[0085] 本实施例中，α0＝69°。
[0086] 实际施工时，可根据具体需要，对α0的取值大小进行相应调整。
[0087] 本实施例中，步骤二中所述侧墙浅层支护结构中所包括侧墙锚杆5的数量为三根，三根所述侧墙锚杆5呈均匀布设。
[0088] 实际施工时，可根据具体需要，对侧墙锚杆5的数量和各侧墙锚杆5的布设位置进行相应调整。
[0089] 本实施例中，步骤二中所述侧墙锚索4位于所述上部拉裂区的中部，所述侧墙锚索4与所述隧道洞的侧墙顶部之间的间距为
[0090] 实际施工时，可根据具体需要，对侧墙锚索4的布设位置进行相应调整。
[0091] 如图1-1所示，所述隧道侧墙处于拉裂-滑移式剪切破坏状态时，侧墙坍塌区3(即直角梯形ABCD)为处于极限平衡状态的隧道侧墙围岩岩体，BC为潜在滑移面，α为滑裂面倾角(即所述滑移面倾角)。通过对侧墙坍塌区3的围岩进行受力分析可知，隧道侧墙的拉裂-滑移体(即侧墙坍塌区3)实际上是隧道围岩中的关键弱结构体，其失稳滑落后隧道有效宽度增加(隧道侧墙高度相应增加)，极不利于隧道拱顶的稳定；此外，侧墙表面片帮卸载后其上方集中压力峰值向深部转移，增大了侧墙发生变形后形成的弹塑性界面至隧道中心的距离，使得在侧墙挤压下产生的隧道底板最大破坏深度及其底鼓量显著增加。因此，对侧墙进行及时有效的支护具有重要的工程意义。
[0092] 并且，通过受力分析得出，所述隧道洞的侧墙设计高度时，隧道侧墙便会出现拉裂-滑移式剪切破坏。
[0093] 本实施例中，所施工软岩隧道1的平均埋深H＝490m。所施工软岩隧道1的隧道侧墙为竖直墙且其高度为4.88m，拱高7.2m，开挖宽度B＝14.3m，因而h4＝12.08m，h2＝7.2m，h3＝4.88m。
[0094] 经测试得出：当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的粘聚力c＝91kPa＝91×3
10Pa，当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的内摩擦角 当前所施工节段的上覆岩层的平均容重γ0＝21.6kN/m3＝21.6×103N/m3，当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的剪胀角ψ＝9°。当前所施工节段上覆岩层的坚固性系数f＝7.8。
[0095] 并且，由于所施工软岩隧道1为深埋隧道，软岩隧道1两侧的隧道侧墙围岩岩体受力状态相同，因而步骤一中进行围岩基本力学参数确定时，现场所取岩样从任一个隧道侧墙围岩岩体取出均可。本实施例中，当前所施工节段的隧道侧墙围岩岩体的平均容重γ＝γ0＝21.6×103N/m3。
[0096] 通过计算得出，所述隧道洞的侧墙设计高度 因而隧道侧墙便会出现拉裂-滑移式剪切破坏。原设计的支护方案中，隧道侧墙采用长度为4.0m的水平注浆锚杆则不能满足围岩变形控制需求，隧道侧墙不可避免会发生拉裂-滑移式剪切破坏。
[0097] 所述隧道洞的隧道顶板冒落拱高度
[0098] 当前所施工节段的上覆岩层作用于隧道侧墙围岩2上的均布压力(也称均布荷载)3 3
q＝γ0(h1+h2)＝21.6×10×(7.2+2.1)＝200.9kPa＝200.9×10Pa。
[0099] 当前所施工节段的侧墙坍塌区3的滑移面倾角
[0100] 当前所施工节段的侧墙坍塌区3的内侧高度
[0101]
[0102] 外侧高度
[0103]
[0104] 坍塌宽度
[0105]
[0106] 而该隧道原初期支护方案中所采用的隧道侧墙锚杆呈水平布设，这样锚杆与滑移面夹角理论值为139°，角度过大，这样不能充分发挥锚杆杆体自身的抗剪切能力；并且，也无法限制侧墙拉裂后的剪切滑移。并且，由于坍塌宽度b＝0.87m，原侧墙锚杆长度设计为4.0m也缺乏理论依据，易造成人力物力的巨大浪费。
[0107] 本实施例中，侧墙锚索4的长度为5m，侧墙锚杆5的长度为2.5m，并且侧墙锚杆5与侧墙坍塌区3中所述下部滑移区的滑移面之间的夹角α0＝69°，因而能充分发挥锚杆杆体自身的抗剪切能力；并且，侧墙锚杆5与侧墙锚索4的长度设计合理，侧墙锚杆5与侧墙锚索4相配合能有效限制侧墙拉裂后的剪切滑移，并且不会造成人力物力的巨大浪费。
[0108] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
