[發明專利]基于圍巖變形監控與數值模擬的隧道超前地質預報方法

有效

• 申請號: 201410474413.3
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104298856B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 謝鋒;李柱;蔡琪;俞永華;韓學義;李汶洋
• 申請（專利權）人: 重慶市武隆縣交通委員會;重慶水利電力職業技術學院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及地下工程地質超前預報領域，特別涉及一種基于圍巖變形監控與數值模擬的隧道超前地質預報方法。

背景技術

隧道是與巖體打交道的建筑，但是由于巖體結構千變萬化，從而使隧道施工前方地質情況具有隨機性、模糊性和不可預見性。但是，在隧道施工中，采用的施工方法和支護措施均需根據地質條件進行調整，因此，做好隧道施工過程中前方的地質預報與級別鑒定工作具有重大的經濟價值。

現有技術中，隧道施工前方的地質預報主要依據地質雷達和TSP技術，但此類方法主要依據操作人員的經驗和判別能力進行判斷，主觀性較強，通常由于預報人員的主觀原因，發生預報結果與實際情況相差較大的情況，從而發生圍巖失穩、施工人員傷亡等事故。因此，如何減少操作人員的主觀性，增加地質預報的客觀性，進行準確的地質預報是擺在隧道相關工作人員面前的一大難題。而且，巖體結構千變萬化，荷載分布模式、大小具有隨機性、模糊性、不可預見性，準確確定隧道受力狀態很困難，導致現行的隧道結構設計規范多采用圍巖分級為前提的類比設計，這是目前工作的客觀現實情況，而且多年來的設計與施工都一直這樣做，如果摒棄圍巖分級，來談結構設計(特別是隧道施工現場的設計)，做一些理論上的研究，研究成果的實用性是值得商榷的。研究新的設計方法，還是必須與圍巖分級掛鉤，與設計與施工的習慣相結合，這樣的研究成果才有生命力，才有可能得到廣泛應用。另外，隧道結構的變形，尤其是圍巖的變形與掌子面前方地質情況有直接關系，單一的預報前方地質情況，不經過預報后隧道的開挖結構變形監控對比驗證，無法做到預報結果的準確性。如專利“基于綜合參數的隧道開挖圍巖動態細化分級法”(CN02736124A)、“地下工程超前預報的方法”(CN102495434 A)等，利用各種物探方法，觀測掌子面的地質情況，以及結構的變形測量數據等，對隧道的開挖掌子面前方的圍巖進行分級，確保隧道施工安全，但是都沒有“通過一段，驗證一段，預報一段”，即沒有將對于該段地質的開挖前結構產生的預測變形數據與開挖階段的監控量測數據進行對比分析，只是簡單的對前方開挖段圍巖進行定性分析，而未結合實際開挖變形情況對圍巖進行定量分級，未能有效分析預測變形數據與實際開挖監控數據之間的差異，從而不能對前期預測數據進行有效驗證。

因此，對于隧道開挖前方的圍巖分級急需一種定量與定性結合的綜合圍巖分級法，降低地質超前預報對圍巖分級過程中的人為主觀性，通過將前方圍巖開挖變形前預測數據與開挖變形監控數據進行對比分析，綜合評價對前方圍巖定量分級，提高超前預報的準確性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于圍巖變形監控與數值模擬的隧道超前地質預報方法，可降低地質超前預報對圍巖分級過程中的人為主觀性，通過將前方圍巖開挖變形前預測數據與開挖變形監控數據進行對比分析，綜合評價對前方圍巖定量分級，提高超前預報的準確性。

本發明的基于圍巖變形監控與數值模擬的隧道超前地質預報方法，包括以下步驟：

a，采用數值模擬方法，分析模擬已分級的當前段圍巖的開挖變形，獲得初步模擬參數，為當前段圍巖前方一段距離的圍巖的最后分級做準備；

b，對當前段圍巖進行開挖驗證，并記錄當前段圍巖實際情況，同時監控當前段圍巖的實際變形情況，獲得當前段圍巖的開挖變形實際參數；

c，利用開挖得到的當前段圍巖實際情況，進行數值模擬，獲得當前段圍巖的開挖變形后模擬參數；

d，將初步模擬參數、開挖變形后模擬參數及開挖變形實際參數三者進行對比分析，并根據三者對比分析之間的差異對當前段圍巖級別進行區間劃分，得出當前段圍巖的實際分級情況；

e，通過綜合圍巖預報法，對已分級的當前段圍巖前方一段距離的圍巖進行超前預報，獲得當前段圍巖前方一段距離的圍巖的初步分級情況；

f.根據步驟e所得的當前段圍巖前方一段距離的圍巖的初步分級情況，結合步驟d中所得的當前段圍巖的實際分級情況，對當前段圍巖前方一段距離的圍巖的圍巖級別和相關參數進行定量分級預報；

g.重復步驟a-f，根據獲得的當前段圍巖前方一段距離的圍巖的定量分級預報情況進行數值模擬并開挖驗證，并對下下段圍巖進行定量分級預報。