一种确定双深埋TBM隧道间距的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种确定双深埋TBM隧道间距的方法和系统，该方法包括如下步骤：S10：在超前隧道中布置第一微震监测系统并获取该隧道的平均微震释放能e

【技术实现步骤摘要】
一种确定双深埋TBM隧道间距的方法和系统


[0001]本专利技术涉及隧道岩爆风险防控领域，尤其涉及一种确定双深埋TBM隧道间距的方法和系统。

技术介绍

[0002]随着社会和经济的快速发展，越来越多的矿山、水利水电、交通、核废料处置及国防等领域的相关地下工程逐步向深部转移，开挖(开采)诱发的岩爆灾害日趋严重。岩爆是一种及其复杂的动力地质灾害，它是集聚在岩体中的弹性应变能突然释放的结果，可造成严重的人员伤亡和经济损失，是深埋隧道工程的主要灾害之一。隧道掘进机(Tunnel Bor ing Machine)由于自动化程度高、掘进速率快越来越广泛应用于长、大隧道的开挖掘进。然而相对于传统隧道掘进方法——钻爆法(该方法施工灵活)，TBM开挖的隧洞，由于受TBM自身结构、施工条件的限制，灵活性较小，岩爆风险解危措施较少，钻爆法常采取的卸压爆破很难在TBM开挖隧道进行实施，且掌子面附近(岩爆风险较高区域)贵重设备和人员相对集中，岩爆危险破坏程度远高于钻爆法施工隧洞。同时大量研究表明同等条件下TBM施工时的岩爆发生频次和等级大于钻爆法施工时的岩爆发生频次和等级。
[0003]目前水电、交通、矿山等多采用双隧道平行施工，隧洞间距对隧洞稳定性及岩爆的具有显著影响，合理的隧道间距可降低应力集中导致的岩爆等风险。因此，确定合理的隧道间距是TBM隧道岩爆风险有限解危措施中的一个重要措施。目前确定隧道间距多依据规范、经验和工程类的比法，但规范和标准只给出了隧洞间距的合理参考值、经验和工程类比方法多依据人的经验，当工程地质条件差异较大时，此类方法确定的隧道间距也不尽合理。同时目前的规范和标准、经验和类比法多局限在浅埋隧道，众所周知，浅部的岩石力学理论已不完全适应于深部岩体，深部岩体表现出特有的岩石力学特性和破坏性质与浅部隧道存在明显差异。目前深部岩石力学理论还在发展当中，不甚完备，在深部隧道TBM隧道间距时多依据浅埋时的规范和标准或工程经验，此时若照搬照抄浅部经验势必造成选择隧道间距不尽合理的现象，如西南某铁路交通深埋隧道由于参照规范，隧道间距布置过小，导致相邻隧道岩爆灾害频发，为现场人员和设备带来严重威胁，为降低岩爆灾害损伤不得不加强支护和采取爆破卸压等措施，掘进速率降低，影响了施工进度。又如某水电站双引水隧道由于TBM隧道间距布置不合理，导致滞后隧道岩爆灾害频繁发生，特别是发生了一次极强岩爆造成多人伤亡，TBM严重损坏，工期延误达半年之久。当滞后隧道的稳定性和岩爆风险远大于超前隧道时，应进行扩大两隧道的间距，以降低隧道间距不合理带来的稳定性影响，因此有必要建立一种确定深埋TBM隧道合理间距的方法，以降低岩爆灾害带来损失。

技术实现思路

[0004]本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种确定双深埋TBM隧道间距的方法和系统，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
[0005]本专利技术的一个目的在于提出一种确定双深埋TBM隧道间距的方法，包括如下步骤：
[0006]S10：在超前隧道中布置第一微震监测系统并获取该隧道的平均微震释放能e
ave1
；
[0007]S20：获取超前隧道和滞后隧道两者之间的间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a；
[0008]S30：在滞后隧道中布置第二微震监测系统并获取超前隧道与滞后隧道两者之间的间距增加过程中平均微震释放能e
ave2
；
[0009]S40:统计超前隧道与滞后隧道两者之间的间距增加过程中第二微震监测系统所获得的平均微震释放能e
ave2
，并当其趋于稳定或者降低至步骤S10中的平均微震释放能e
ave1
时，此时确定的隧道间距即为合理隧道间距。
[0010]另外，根据本专利技术的确定双深埋TBM隧道间距的方法，还可以具有如下技术特征：
[0011]在本专利技术的一个示例中，
[0012]在步骤S10中，所述第一微震监测系统布置在所述超前隧道的掌子面附近；
[0013]在步骤S30中，所述第二微震监测系统布置在所述滞后隧道的掌子面附近。
[0014]在本专利技术的一个示例中，
[0015]当滞后隧道以转角θ偏离原设计轴线时，超前隧道和滞后隧道间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a＝Δ/sinθ；
[0016]当超前隧道以转角θ偏离原设计轴线时，超前隧道和滞后隧道间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a＝Δ*cotθ。
[0017]在本专利技术的一个示例中，在步骤S30中，在滞后隧道中，超前隧道与滞后隧道两者之间的间距每增加单位长度Δ岩层平均微震释放能的表达式为：e
ave2
＝E/a，其中，E为掘进a产生的微震释放能。
[0018]在本专利技术的一个示例中，
[0019]所述第一微震监测系统包括：多个第一微震传感器组，
[0020]所述第一微震传感器组由靠近所述掌子面向背离所述掌子面的第一方向间隔布置；
[0021]其中，每个所述第一微震传感器组包括多个沿着与第一方向相垂直的第二方向间隔布置的第一微震传感器；
[0022]所述第二微震监测系统包括：多个第二微震传感器组，
[0023]所述第二微震传感器组由靠近所述掌子面向背离所述掌子面的第一方向间隔布置；
[0024]其中，每个所述第二微震传感器组包括多个沿着与第一方向相垂直的第二方向间隔布置的第二微震传感器。
[0025]在本专利技术的一个示例中，
[0026]靠近所述掌子面的所述第一微震传感器组距离所述掌子面的距离为10m～30m，相邻两个第一微震传感器组之间的间距为30m～50m；
[0027]靠近所述掌子面的所述第二微震传感器组距离所述掌子面的距离为10m～30m，相邻两个第二微震传感器组之间的间距为30m～50m。
[0028]在本专利技术的一个示例中，
[0029]所述第一微震传感器安装在超前隧道中开设的第一钻孔，其中，所述第一钻孔的深度大于所述超前隧道的开挖损伤区的深度；
[0030]所述第二微震传感器安装在超前隧道中开设的第二钻孔，其中，所述第二钻孔的深度大于所述滞后隧道的开挖损伤区的深度。
[0031]在本专利技术的一个示例中，
[0032]在所述超前隧道掘进过程中，所述掌子面每向前推进30m～50m，则将距离掌子面最远的第一微震传感器组布置至距离所述掌子面10m～30m处；
[0033]在所述滞后隧道掘进过程中，所述掌子面每向前推进30m～50m，则将距离掌子面最远的第二微震传感器组布置至距离所述掌子面10m～30m处。
[0034]在本专利技术的一个示例中，
[0035]在步骤S30与步骤S40之间还包括：
[0036]绘制超前隧道与滞后隧道间距增量与第二微震监测系统获得的平均微震释放能柱状图及趋势线。
[0037]本专利技术的另一个目的在于提出一种确定双深埋TBM隧道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定双深埋TBM隧道间距的方法，其特征在于，包括如下步骤：S10：在超前隧道中布置第一微震监测系统并获取该隧道的平均微震释放能e
ave1
；S20：获取超前隧道和滞后隧道两者之间的间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a；S30：在滞后隧道中布置第二微震监测系统并获取超前隧道与滞后隧道两者之间的间距增加过程中平均微震释放能e
ave2
；S40:统计超前隧道与滞后隧道两者之间的间距增加过程中第二微震监测系统所获得的平均微震释放能e
ave2
，并当其趋于稳定或者降低至步骤S10中的平均微震释放能e
ave1
时，此时确定的隧道间距即为合理隧道间距。2.根据权利要求1所述的确定双深埋TBM隧道间距的方法，其特征在于，在步骤S10中，所述第一微震监测系统布置在所述超前隧道的掌子面附近；在步骤S30中，所述第二微震监测系统布置在所述滞后隧道的掌子面附近。3.根据权利要求1所述的确定双深埋TBM隧道间距的方法，其特征在于，当滞后隧道以转角θ偏离原设计轴线时，超前隧道和滞后隧道间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a＝Δ/sinθ；当超前隧道以转角θ偏离原设计轴线时，超前隧道和滞后隧道间距每增加单位长度Δ所对应的滞后隧道所需掘进的进尺a＝Δ*cotθ。4.根据权利要求1所述的确定双深埋TBM隧道间距的方法，其特征在于，在步骤S30中，在滞后隧道中，超前隧道与滞后隧道两者之间的间距每增加单位长度Δ岩层平均微震释放能的表达式为：e
ave2
＝E/a，其中，E为掘进a产生的微震释放能。5.根据权利要求1所述的确定双深埋TBM隧道间距的方法，其特征在于，所述第一微震监测系统包括：多个第一微震传感器组，所述第一微震传感器组由靠近所述掌子面向背离所述掌子面的第一方向间隔布置；其中，每个所述第一微震传感器组包括多个沿着与第一方向相垂直的第二方向间隔布置的第一微震传感器；所述第二微震监测系统包括：多个第二微震传感器组，所述第二微震传感器组由靠近所述掌子面向背离所述掌子面的第一方向间隔布置；其中，每个所述第二微震传感器组包括多个沿着与第一方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏翔，彭剑平，张博超，陈炳瑞，肖亚勋，郝剑钧，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：