[發(fā)明專利]一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法

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• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113074695A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)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(quán)）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

本發(fā)明公開了一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法，具體為：隧道開挖前，進行超前地質(zhì)預報，對掌子面前方圍巖穩(wěn)定性作出初步判斷；隧道開挖后，結(jié)合開挖揭露的掌子面狀態(tài)進行掌子面地質(zhì)素描，對掌子面圍巖進行分級；隧道支護后，對掌子面上一開挖循環(huán)距離內(nèi)的拱頂沉降量及水平收斂量進行實時監(jiān)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(jiān)測，測得掌子面前方圍巖的擠出變形，實現(xiàn)隧道掌子面變形的三維監(jiān)測；通過測點位移變化率、測點位移變化量和掌子面擠出變形三個變形指標判斷掌子面的穩(wěn)定性。本發(fā)明可從多角度、全方位評價全斷面法開挖隧道掌子面的穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于超大斷面隧道工程圍巖穩(wěn)定性性分析技術領域，具體涉及一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法。

背景技術

在超大斷面隧道機械化施工工程中，隧道掌子面周邊圍巖的穩(wěn)定性是施工工程中應重點關注的內(nèi)容，施工過程中掌子面一旦發(fā)生失穩(wěn)，將會對施工人員及機械設備造成極大的危害。在隧道施工階段，非常有必要對開挖揭露的掌子面穩(wěn)定性進行及時分析，若掌子面不穩(wěn)定，應及時采取相應的加固措施，提高掌子面圍巖的穩(wěn)定性，確保后續(xù)工程順利施工。

相關研究已表明：在巖體中開挖隧道對圍巖的擾動效應是三維的，開挖產(chǎn)生的臨空面使原有處于三向應力狀態(tài)的圍巖轉(zhuǎn)變?yōu)槎驊顟B(tài)，圍巖應力將會產(chǎn)生重分布，直至重新達到新的平衡狀態(tài)。實際上，在掌子面開挖之后，超前掌子面前方的圍巖便已經(jīng)發(fā)生變形，之后隧道側(cè)壁才發(fā)生收斂變形。隨著隧道工程施工技術的發(fā)展，隧道開挖方式逐漸由原有的臺階法分布開挖預留核心土法轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨嗝娣ㄩ_挖，當隧道開挖預留核心土時，將會一定程度上一致掌子面前方核心圍巖的變形，隨著開挖方式轉(zhuǎn)變?yōu)槿珨嗝娣ㄩ_挖，隧道掌子面將不再預留核心土，此時將對掌子面的穩(wěn)定性帶來一定不利因素。目前，隧道施工中現(xiàn)有的監(jiān)控量測主要包括拱頂沉降變形、隧道周邊收斂變形及地表沉降變形等常規(guī)監(jiān)測項目，即針對開挖后隧道掌子面的二維變形監(jiān)測，對掌子面圍巖的穩(wěn)定監(jiān)測分析手段較為單一；而掌子面前方圍巖的擠出變形對掌子面穩(wěn)定性的影響起主要作用，超前掌子面前方圍巖的擠出變形在一定程度上可以反映隧道圍巖的穩(wěn)定性。

基于以上背景，在超大斷面隧道機械化全斷面開挖工程中，需提出一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法，并結(jié)合施工中使用的掌子面超前地質(zhì)預報、掌子面地質(zhì)素描等手段，以便現(xiàn)場施工人員從掌子面三維變形監(jiān)測的角度綜合分析掌子面圍巖的穩(wěn)定性，進而采取相應措施提高掌子面圍巖的穩(wěn)定性，保障施工安全，確保工程順利完工。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法。

本發(fā)明的一種基于掌子面三維變形監(jiān)測的隧道穩(wěn)定性判釋方法包括以下步驟：

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(zhì)預報，及時獲取隧道圍巖地質(zhì)信息，根據(jù)探測結(jié)果對掌子面前方圍巖穩(wěn)定性作出初步判斷，保證掌子面施工作業(yè)安全。

步驟2：隧道開挖后工程技術人員結(jié)合開挖揭露的掌子面狀態(tài)進行掌子面地質(zhì)素描，對掌子面圍巖強度、風化程度、裂隙形態(tài)、涌水狀態(tài)等方面進行定性判斷，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(huán)距離內(nèi)的拱頂沉降量及水平收斂量進行實時監(jiān)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(jiān)測，測得掌子面前方圍巖的擠出變形，從而實現(xiàn)隧道掌子面變形的三維監(jiān)測。

步驟4：通過以下三個變形指標判斷掌子面的穩(wěn)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；