[發(fā)明專利]一種TBM掘進(jìn)時圍巖應(yīng)力變化測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010246961.2
• 申請日: 2010-08-04
• 公開（公告）號: CN101922985A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張春生;陳祥榮;侯靖;褚衛(wèi)江;吳旭敏;劉寧
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TBM掘進(jìn)時圍巖應(yīng)力變化測量方法，可以作為TBM掘進(jìn)時對洞室圍巖應(yīng)力擾動的直接測量方法，適用于隧洞等施工期的支護(hù)優(yōu)化設(shè)計和洞室的整體穩(wěn)定性評價。

背景技術(shù)

全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)TBM(Tunnel?Boring?Machine)是目前世界長大隧道施工最有效、最先進(jìn)的的大型綜合性施工機(jī)械之一，已成為國際上快速開挖隧道的主流。TBM與傳統(tǒng)鉆爆法相比，具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全等優(yōu)點，可連續(xù)進(jìn)行開挖、出碴，施工速度快；無爆破，掘進(jìn)超挖量極少，對圍巖撓動小；施工人員工作環(huán)境大大改善，尤其是TBM施工的高速優(yōu)質(zhì)成洞，可為建設(shè)及施工單位取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。而我國是一個地形復(fù)雜、山嶺密布的多山國家，正值基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展的時期。在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)地下空間的拓展將會成倍增長，在一定的條件下可以取代傳統(tǒng)的鉆爆法，因此TBM在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。

隧道開挖前，巖體中的初始應(yīng)力處于相對平衡狀態(tài)，而當(dāng)隧道開挖后，巖體中初始應(yīng)力狀態(tài)必然要發(fā)生變化，影響到隧道圍巖的受力狀態(tài)。應(yīng)力重分布是引起圍巖收斂變形的主要原因。在TBM隧道設(shè)計中，圍巖收斂變形量如果過大，洞室斷面凈空大為縮小，TBM操作室及后備套難以通過，會造成初期支護(hù)困難，并影響到隧道的二次襯砌。而在整個地下工程監(jiān)測環(huán)節(jié)中應(yīng)力的監(jiān)測是最困難的，如果能夠通過系統(tǒng)的測試手段解答這個問題，并能夠針對性的提供一定的補(bǔ)救措施，便具有很高的實用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了能夠準(zhǔn)確地反映TBM開挖對圍巖應(yīng)力的擾動，提供一種TBM掘進(jìn)時圍巖應(yīng)力變化測量方法，可以比較準(zhǔn)確地測量TBM開挖洞段圍巖中某點的三維應(yīng)力狀態(tài)變化，從而很好的判斷出圍巖損傷范圍，以達(dá)到優(yōu)化支護(hù)設(shè)計，加快施工進(jìn)度，節(jié)省工程造價，保證洞室整體穩(wěn)定和工作人員人身安全的目的。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：TBM掘進(jìn)時圍巖應(yīng)力變化測量方法，其特征在于：通過預(yù)先埋設(shè)空心包體應(yīng)力計來監(jiān)測掘進(jìn)過程中圍巖的應(yīng)力變化，其步驟如下，

a、綜合考慮數(shù)值計算的應(yīng)力結(jié)果、地形地貌、巖體強(qiáng)度、斷層的影響，確定空心包體應(yīng)力計的埋設(shè)位置和測點數(shù)量，保證擾動區(qū)內(nèi)外至少各安裝一個；

b、開挖輔助洞或利用已有洞室向TBM待開挖洞段鉆安裝孔并埋設(shè)空心包體應(yīng)力計，輔助洞或已有洞室到TBM待開挖洞段的垂直距離為2-3倍的TBM洞段洞徑；

c、對TBM待開挖洞段進(jìn)行開挖掘進(jìn)，同時監(jiān)測并記錄空心包體應(yīng)力計在TBM通過監(jiān)測斷面的全程應(yīng)變變化；

d、通過試驗確定測量段巖石的彈性模量、泊松比；

e、空心包體應(yīng)力計三組應(yīng)變花可得12個不同位置和方向的應(yīng)變值，列12個方程，其通式如下，Eε_k＝A_k1σ_x+A_k2σ_y+A_k3σ_z+A_k4τ_xy+A_k5τ_yz+A_k6τ_zx利用數(shù)理統(tǒng)計的最小二乘法原理，采用Matlab求解方程，利用測得的巖體參數(shù)求解出地應(yīng)力的六個分量σ_x、σ_y、σ_z、τ_xy、τ_yz、τ_xz，式中E為彈性模量，ε_k為每個應(yīng)變片所測得的應(yīng)變值，k＝4(i-1)+j，i＝1～3，j＝1～4，3個應(yīng)變花序號用i表示，對應(yīng)的極角為θ_i，每個應(yīng)變花由4個應(yīng)變片組成，序號用j表示，對應(yīng)的角度為A_k1～A_k6包含了應(yīng)變片并非直接粘貼在安裝孔巖壁上的修正系數(shù)。

步驟b埋設(shè)空心包體應(yīng)力計時，須通過鉆設(shè)安裝孔時產(chǎn)生的巖芯判斷周圍巖體的完整情況，并通過調(diào)整安裝孔的深度確保空心包體應(yīng)力計的埋設(shè)能夠避開結(jié)構(gòu)面發(fā)育地帶。

步驟d中的參數(shù)通過現(xiàn)場圍壓率定試驗得到，或者將靠近測量段前后的巖芯在實驗室加工成標(biāo)準(zhǔn)試塊，通過單軸壓縮試驗得到。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過預(yù)先在設(shè)計位置埋設(shè)空心包體應(yīng)力計來監(jiān)測掘進(jìn)過程中圍巖的應(yīng)力變化，比較準(zhǔn)確地測量出TBM開挖洞段圍巖中某點的三維應(yīng)力狀態(tài)變化，能夠更好的反映出TBM掘進(jìn)過程中圍巖的損傷范圍，對開挖后圍巖的支護(hù)設(shè)計有很好的指導(dǎo)作用，有利于節(jié)省工程量，加快施工進(jìn)度，保證洞室的整體穩(wěn)定和施工人員的人身安全。