隧道变形预警值确定方法技术

本发明专利技术公开了一种隧道变形预警值确定方法，旨在克服现有技术中对于岩石隧洞开挖变形预警值缺少准确的确定方法的不足，是一种能考虑隧洞围岩岩体质量、监测时机、洞室尺寸等因素的变形监测预警值确定方法，该方法能够有效的通过变形监测数据对地下隧洞开挖过程的稳定性进行评估。所述方法的实施步骤为：步骤1，现场测量确定隧道半径和围岩参数；步骤2，安装监测设备；步骤3，计算监测设备位置的变形占围岩最大变形量的百分比、极限应变、峰值破坏应变；步骤4，计算第一预警值和第二预警值；步骤5，根据实际测量形变隧洞与所述第一预警值和第二预警值的比较结果，对当前隧洞稳定状态进行评价。

Determination method of tunnel deformation early warning value

【技术实现步骤摘要】
隧道变形预警值确定方法
本专利技术适用于交通、水利、水电的隧道施工
，尤其涉及等行业的岩石隧洞开挖变形预警值确定的方法。
技术介绍
随着水利、水电等地下工程的不断发展，越来越多的地下隧道工程被实施，在地下隧道工程中，变形监测数据的分析是保证地下工程安全施工的重要手段。但如何根据变形监测数据的量级来评估隧道当前稳定性，到目前为止没有一个准确的定论。隧洞开挖中，变形监测预警值与隧洞围岩岩体质量、监测时机、洞室尺寸等因素相关。本方法主要是根据隧洞开挖过程中隧洞沿轴线的变形规律和岩体的极限应变εcr、峰值破坏应变εcr等来对隧洞开挖监测过程中的预警值进行确定。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中对于岩石隧洞开挖变形预警值缺少准确的确定方法的不足之处，提供一种隧道变形预警值确定方法，是一种能考虑隧洞围岩岩体质量、监测时机、洞室尺寸等因素的变形监测预警值确定方法，该方法能够有效的通过变形监测数据对地下隧洞开挖过程的稳定性进行评估。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种隧道变形预警值确定方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，现场测量确定隧道半径R和围岩参数，所述围岩参数包括岩块单轴抗压强度σci、岩块弹性模量Ei、岩体质量的分值Q；步骤2，安装监测设备，确定安装时监测设备距离掌子面距离x；步骤3，根据围岩纵向变形曲线LDP和围岩位移特征曲线GRC，计算监测设备位置的变形ur占围岩最大变形量的百分比δ、极限应变εcr、峰值破坏应变εp；步骤4，根据百分比δ、极限应变εcr、峰值破坏应变εp、隧洞半径R，计算第一预警值Valert1＝Rεcr(1-δ)和第二预警值Valert2＝Rεp(1-δ)，其中步骤5，根据实际测量形变u隧洞与所述第一预警值Valert1和第二预警值Valert2的比较结果，对当前隧洞稳定状态进行评价：当变形u＜Valert1时，洞室处于稳定状态；当变形Valert1≤u＜Valert2时，洞室稳定存在一定风险，需要引起关注，并对支护结构验算；当变形u之Valert2时，洞室稳定存在风险，需加强支护，并增加观测频率。作为优选，所述求解围岩纵向变形曲线LDP的步骤具体包括以下步骤：根据公式求解围岩纵向变形曲线LDP，式中：为隧道掌子面后方围岩最大变形量；ur为距离掌子面后方监测设备位置的变形量；x为发生变形量ur的位置与掌子面的距离；R为隧道半径。作为优选，所述求解围岩位移特征曲线GRC的步骤具体包括以下步骤：计算隧洞周围岩体应力和隧洞周围远场应力其中mb、s是岩体质量参数；σci为岩体单轴抗压强度；pi为支护力；当时，围岩处于弹性阶段，此时围岩变形为：其中Pi是围岩体应力，Grm是岩体的剪切模量，R为隧道半径；当时，围岩处于塑性阶段，此时围岩变形表示为：其中Rpl为围岩塑性区发展深度，v为岩体的泊松比，为岩体剪胀角；根据围岩处于弹性阶段的围岩变形和围岩处于塑性阶段的围岩变形绘制围岩位移特征曲线GRC，根据围岩位移特征曲线GRC确定围岩最大变形量作为优选，所述围岩位移特征曲线GRC分为弹性部分和塑性部分，弹性部分和塑性部分间转折时的应力极限为应力极限为的计算公式为：作为优选，所述极限应变ωcr的计算步骤包括：根据公式计算极限应变εcr，式中：σci为岩块单轴抗压强度；σcj为岩体单轴抗压强度；Ei为岩块弹性模量；Etj为岩体弹性模量；Q为岩体质量的分值；所述极限应变ωcr是指洞室在小于等于该应变时，洞室在无特殊支护下能够稳定，即洞室应变小于等于该值则洞室处于稳定状态，若大于该值则洞室稳定存在一定的风险。作为优选，所述峰值破坏应变εp的计算步骤包括：根据公式计算峰值破坏应变εp；所述值破坏应变εp是指洞室在大于该应变时，洞室在无特殊支护下存在一定安全风险。作为优选，所述步骤2中所述监测设备的监测点的布置方式为设置在典型监测断面的顶部和两侧。本专利技术提供的一种隧道变形预警值确定方法，是一种能考虑隧洞围岩岩体质量、监测时机、洞室尺寸等因素的变形监测预警值确定方法，该方法能够有效的通过变形监测数据对地下隧洞开挖过程的稳定性进行评估。附图说明图1为监测断面与掌子面位置关系及监测断面变形ur和围岩最大变形量的示意图。图2为围岩纵向变形曲线LDP和围岩位移特征曲线GRC的示意图。图3为典型监测断面监测设备的监测点布置方式的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步描述。本专利技术的一种隧道变形预警值确定方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，现场测量确定隧道半径R和围岩参数，所述围岩参数包括岩块单轴抗压强度σci、岩块弹性模量Ei、岩体质量的分值Q。步骤2，安装监测设备，确定安装时监测设备距离掌子面距离x。如图1、图3所示，所述监测设备的监测点的布置方式为设置在典型监测断面的顶部和两侧。步骤3，根据围岩纵向变形曲线LDP和围岩位移特征曲线GRC，计算监测设备位置的变形ur占围岩最大变形量的百分比δ、极限应变εcr、峰值破坏应变εp；说明书附图中，图1为监测断面与掌子面位置关系及监测断面变形ur和围岩最大变形量的示意图。图2为围岩纵向变形曲线LDP和围岩位移特征曲线GRC的示意图。优选的，所述步骤3中求解围岩纵向变形曲线LDP的步骤具体包括以下步骤：根据公式求解围岩纵向变形曲线LDP，式中：为隧道掌子面后方围岩最大变形量；ur为距离掌子面后方监测设备位置的变形量；x为发生变形量ur的位置与掌子面的距离；R为隧道半径。优选的，所述步骤3中求解围岩位移特征曲线GRC的步骤具体包括以下步骤：计算隧洞周围岩体应力和隧洞周围远场应力其中mb、s是岩体质量参数；σci为岩体单轴抗压强度；pi为支护力。GRC曲线可以分为弹性部分和塑性部分，求解GRC曲线时也将两部分分开求解，将弹性和塑性间转折时的应力极限定义为应力极限定义为可通过下式计算：当时，围岩处于弹性阶段，此时围岩变形为：其中Pi是围岩体应力，Grm是岩体的剪切模量，R为隧道半径；当时，围岩处于塑性阶段，此时围岩变形表示为：其中Rpl为围岩塑性区发展深度，v为岩体的泊松比，为岩体剪胀角；根据围岩处于弹性阶段的围岩变形和围岩处于塑性阶段的围岩变形绘制围岩位移特征曲线GRC，根据围岩位移特征曲线GRC确定围岩最大变形量优选的，所述步骤3中所述极限应变εcr的求解方法如下：根据上述公式可得根据此公式计算极限应变εcr，式中：σci为岩块单轴抗压强度；σcj为岩体单轴抗压强度；Ei为岩块弹性模量；Etj为岩体弹性模量；Q为岩体质量的分值；所述极限应变ωcr是指洞室在小于等于该应变时，洞室在无特殊支护本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道变形预警值确定方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：/n步骤1，现场测量确定隧道半径R和围岩参数，所述围岩参数包括岩块单轴抗压强度σ

【技术特征摘要】
1.一种隧道变形预警值确定方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
步骤1，现场测量确定隧道半径R和围岩参数，所述围岩参数包括岩块单轴抗压强度σci、岩块弹性模量Ei、岩体质量的分值Q；
步骤2，安装监测设备，确定安装时监测设备距离掌子面距离x；
步骤3，根据围岩纵向变形曲线LDP和围岩位移特征曲线GRC，计算监测设备位置的变形ur占围岩最大变形量的百分比δ、极限应变εcr、峰值破坏应变εp；
步骤4，根据百分比δ、极限应变εcr、峰值破坏应变εp、隧洞半径R，计算第一预警值Valert1＝Rεcr(1-δ)和第二预警值Valert2＝Rεp(1-δ)，其中
步骤5，根据实际测量形变u隧洞与所述第一预警值Valert1和第二预警值Valert2的比较结果，对当前隧洞稳定状态进行评价：
当变形u＜Valert1时，洞室处于稳定状态；
当变形Valert1≤u＜Valert2时，洞室稳定存在一定风险，需要引起关注，并对支护结构验算；
当变形u≥Valert2时，洞室稳定存在风险，需加强支护，并增加观测频率。


2.根据权利要求1所述的隧道变形预警值确定方法，其特征是，所述求解围岩纵向变形曲线LDP的步骤具体包括以下步骤：
根据公式求解围岩纵向变形曲线LDP，
式中：为隧道掌子面后方围岩最大变形量；ur为距离掌子面后方监测设备位置的变形量；x为发生变形量ur的位置与掌子面的距离；R为隧道半径。


3.根据权利要求1所述的隧道变形预警值确定方法，其特征是，所述求解围岩位移特征曲线GRC的步骤具体包括以下步骤：
计算隧洞周围岩体应力和隧洞周围远场应力其中mb、s是岩体质量参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐全，褚卫江，吴家耀，刘加进，曹爱武，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33