[發明專利]一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法

在審

• 申請號: 202110366110.X
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113074695A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 張俊儒;顏志堅;敬雅文;蔣曼琳;劉家明;燕波
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;中鐵四局集團有限公司
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：隧道開挖前，首先利用全電腦三臂鑿巖臺車鉆設超前水平鉆孔進行隧道掌子面的超前地質預報，及時獲取隧道圍巖地質信息，根據探測結果對掌子面前方圍巖穩定性作出初步判斷，保證掌子面施工作業安全；

步驟2：隧道開挖后工程技術人員結合開挖揭露的掌子面狀態進行掌子面地質素描，進而對掌子面圍巖進行分級；

步驟3：隧道支護后對掌子面上一開挖循環距離內的拱頂沉降量及水平收斂量進行實時監測，同時利用測斜儀對超前掌子面固定距離鉆設的地表鉆孔進行掌子面前方擠出位移監測，測得掌子面前方圍巖的擠出變形，從而實現隧道掌子面變形的三維監測；

步驟4：通過以下三個變形指標判斷掌子面的穩定性：

①測點位移變化率U_v≥U_v0，U_v即實測變形速率，U_v0為極限變形速率；

②測點位移變化量U≥U₀，U為實測變形量，U₀為極限位移量；

③掌子面擠出變形，按突變理論即：D＝-8U³+27U_v²＜0；

其中：實測變形量U＝U₂-U₁，實測變形速率U_v＝(U₂-U₁)/(t₂-t₁)，U₁為t₁時刻測點位移量，U₂為t₂時刻測點位移量，且t₂＞t₁；

當滿足以上任何一個判斷指標時，即判定掌子面處于失穩狀態。

2.根據權利要求1所述的一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，所述超前地質預報采用TSP303Plus超前地質預報系統。

3.根據權利要求2所述的一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，所述超前地質預報過程中按以下原則進行判斷：

①反射振幅越高，反射系數及波阻抗的差別越大；

②正反射振幅表明正反射系數，表明掌子面前方為剛性巖性，負反射振幅則表明為軟弱巖層；

③若S波反射比P波強，表明巖層存在地下水；

④V_P/V_S有較大增加或者泊松比突然增大，表明掌子面前方圍巖有流體的存在而引起，其中V_P為P波波速，V_S為S波波速；

⑤若V_P有所下降，表明圍巖裂隙密度或孔隙度有所增加。

4.根據權利要求1所述的一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，所述掌子面地質素描內容包括：掌子面狀態、巖石強度、風化程度、裂隙形態及涌水狀態。

5.根據權利要求1所述的一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，所述步驟3中，測斜儀利用在掌子面前方固定距離范圍內的地表鉆孔監測掌子面前方圍巖的擠出變形，超前掌子面地表鉆孔底部鉆至隧道開挖輪廓仰拱處標高，鉆孔與掌子面位置關系為：鉆孔位置處于掌子面的對稱軸處，還可根據現場情況決定是否在掌子面對稱軸左右位置增設地表鉆孔。

6.根據權利要求5所述的一種基于掌子面三維變形監測的隧道穩定性判釋方法，其特征在于，所述測斜儀采用XJ-CX系列測斜儀，由傾斜傳感器、測桿、導向定位輪、信號傳輸電纜和智能讀數儀組成，將智能讀數儀讀取并貯存的測量數據通過USB數據線傳送給計算機。