[發明專利]一種分層開挖深埋硬巖隧道微震監測傳感器布置方法

有效

• 申請號: 201410015118.1
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103777235A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 馮夏庭;豐光亮;肖亞勛;陳炳瑞;趙周能
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01V1/20
• 分類號: G01V1/20
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

技術領域

本發明涉及隧道微震監測技術，更具體涉及一種分層開挖深埋硬巖隧道微震監測傳感器布置方法，適用于水利水電、交通等分層開挖隧道。?

背景技術

隧道因全斷面開挖時斷面尺寸較大而無法施工或風險較高等原因，常采用分層開挖。分層開挖指將隧道從上至下分為多層，一層一層逐步開挖。分層開挖深埋硬巖隧道開挖過程中將會在掌子面附近產生強烈應力調整，采用鉆爆法開挖時會則會遭受到劇烈的爆破擾動，造成掌子面及其附近易發生巖爆、塌方或掉塊等災害性事故，威脅施工人員安全，影響施工進度。?

微震監測技術目前在非洲、澳大利亞、美國、加拿大、中國等礦山、地下實驗室、邊坡、隧道等工程安全性監測中進行了廣泛應用，取得了一系列研究成果。微震監測技術是利用在空間上不同方位布設的微震傳感器，捕捉巖體產生微破裂過程所發出的地震波信息，對其加以分析、處理后確定微震事件發生的時間、位置、震級大小及能量釋放等信息，以此為基礎推斷巖體內部應力狀態、破壞情況，進而對巖體穩定性進行評估預警。?

微震監測傳感器的布置方法對微震活動的監測能力具有重要影響，從而影響對巖體穩定性評估預警的效果。至今，未見針對分層開挖隧道微震監測傳感器布置方法的相關報道。合理的微震傳感器布置方案不僅能夠更大范圍地監測到更多微震信號，而且能使定位算法快速準確的確定震源位置和發震時間，有利于對隧道風險的預警評估。由于隧道的空間結構特點，微震監測傳感器一般布置在掌子面后方（中國專利公開號CN202300529U，公開日2011.10.10，實用新型名稱“深埋長隧洞TBM掘進過程中微震監測傳感器布置結構”。文獻《巖石力學與工程學報》，2011年第2期，陳炳瑞，“深埋隧洞TBM掘進微震實時監測與特征分析”。文獻《長江科學院院報》，2012年第9期，揭秉輝，“基于微震監測技術的深埋長大隧洞群巖爆時空分布規律分析”。文獻《Journal?of?Rock?Mechanics?and?Geotechnical?Engineering》，2011年第3期，Tang?chun?an,?“Preliminary?engineering?application?of?microseismic?monitoring?technique?to?rockburst?prediction?in?tunneling?of?Jinping?II?project”），造成微震傳感器陣列難以將掌子面及其附近巖體包圍在內，從而在一定程度上影響微震源定位精度，進一步影響隧道穩定性監測預報效果。因此有必要針對分層開挖隧道特點，研究適宜的傳感器布置方法，使得傳感器陣列始終盡可能將掌子面及其附近巖體包含在內，提高微震源定位精度，為災害的準確預警評估奠定基礎。?

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種分層開挖深埋硬巖隧道微震監測傳感器布置方法，解決隧道開挖過程中微震監測傳感器陣列難以將掌子面及其附近巖體包圍在內的問題，使得隧道開挖掌子面及其附近更多的有效微破裂源信號能被微震傳感器捕捉，提高微震源定位精度，為深埋硬巖隧道災害的準確預測預報奠定基礎。?

本發明通過下述技術方案實現：?

一種分層開挖深埋硬巖隧道微震監測傳感器布置方法，包括如下步驟：在隧道第二層至最后一層開挖時，

步驟1、微震傳感器在所監測隧道巖體中的最大監測范圍為L，布置第一組微震傳感器，分別為第一單向微震傳感器、第二單向微震傳感器、第三單向微震傳感器和第一三向微震傳感器，第一組微震傳感器均通過鉆孔埋入式安裝于隧道內壁巖體中，向鉆孔內注漿，使微震傳感器與巖體固定耦合，埋入深度須超過圍巖松弛深度，鉆孔深度大于微震傳感器布置深度，以隧道當前開挖層底板中心線向下偏移1m處的直線為旋轉中心線，面對隧道開挖掌子面，旋轉中心線正上方為0°方向，順時針方向為角度遞增方向，第一組微震傳感器以旋轉中心線為中心軸分布在隧道內壁巖體中，第一三向微震傳感器布置在掌子面后方L/4處的隧道斷面270°方向，第一單向微震傳感器布置在掌子面后方L/4+2m處的隧道斷面330°方向，第二單向微震傳感器布置在掌子面后方L/4+4m處的隧道斷面30°方向，第三單向微震傳感器布置在掌子面后方L/4+6m處的隧道斷面90°方向；