一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法技术

本发明专利技术公开了软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法，步骤如下：S1：根据V级围岩距掌子面4m范围的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛值、根据VI级围岩距掌子面8m范围的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛值数据来判别掌子面稳定性。S2：判断稳定性方法一：①隧道支护后的沉降或收敛变形量：U≥U0，U为实测变形，U0为极限位移值；②隧道支护后的沉降或收敛变形速率：V≥0；③掌子面挤出位移突变：d＝8u3+27v2＜0。S2：判断稳定性方法二：测量掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据分析得出施工步与位移值关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点。S3：当满足S2方法一中任何一个条件时，即可判别隧道掌子面失稳；若满足S2方法二，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳。

A method for judging the stability of tunnel face in weak surrounding rock

The invention discloses a method for judging the stability of the face of a tunnel with weak surrounding rock. The steps are as follows: S1: judging the stability of the face according to the extrusion displacement, the vault settlement and the horizontal convergence value within the range of 4m from the face of the V-class surrounding rock, the extrusion displacement within the range of 8m from the face of the VI-class surrounding rock, the vault settlement and the horizontal convergence value data. . S2: Stability evaluation methods: 1) Settlement or convergence deformation after tunnel support: U < 0, U is measured deformation, U 0 is the limit displacement value; 2) Settlement or convergence deformation rate after tunnel support: V < 0; 3) Sudden change of face extrusion displacement: d = 8u3 + 27v2 < 0. S2: Judgment of stability method 2: Measure the extrusion displacement of the face, the settlement of the vault and horizontal convergence data analysis to obtain the relationship between the construction step and displacement image, vault settlement and extrusion displacement image whether there is intersection point. S3: When any condition of S2 method is satisfied, the instability of tunnel face can be judged; if S2 method is satisfied, the extrusion displacement of tunnel face will change abruptly and the instability of tunnel face will occur.

【技术实现步骤摘要】
一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法
本专利技术涉及一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判据的方法，属于掌子面稳定判别领域。
技术介绍
大量掌子面失稳实例显示，掌子面失稳在开挖过程中带给人们惨痛的教训，隧道掌子面失稳问题一直困扰着国内外现代交通地下工程建设的发展。目前，国内外隧道施工主要存在的问题是隧道在施工过程中频繁地遇到各种复杂的地质情况，而其隧道在穿越各种地层时也将遇到各种地质灾害。判断隧道掌子面稳定性的工作，大多以经验为主，缺少理论和数据支撑，没有形成系统科学的理论基础进行技术指导，使得不能因地制宜地进行施工，导致在富水蚀变地层施工时坍塌，冒顶现象频繁发生。掌子面失稳是引起隧道开挖变形的先决条件，要想解决隧道开挖变形失稳问题，应该首先搞清楚隧道掌子面与挤出位移、拱顶沉降、水平收敛值以及开挖步等数据的变化规律。掌子面失稳是诱发隧道发生坍塌、冒顶的主要原因，目前我国缺乏长期施工条件下隧道掌子面的实测资料和多因素条件下影响隧道掌子面稳定性的研究。引起隧道掌子面失稳的因素具有多样性，国内外尚没有考虑多种因素条件下隧道掌子面稳定性判据和掌子面稳定技术措施。因此，研究隧道掌子面稳定性判据和掌子面稳定技术措施具有重要意义。目前国内外尚没有提出判别软弱围岩隧道稳定性的方法，本专利技术提出的软弱围岩隧道稳定性判据及掌子面稳定技术措施具有一定的原始创新性。类似的研究工作以叙述影响掌子面稳定性的因素和两台阶开挖法为主，但无具体如何判断掌子面稳定性的判断方法。为考虑多种地质环境下稳定隧道掌子面的方法及相应措施，进而为隧道开挖稳定提供理论基础，多种因素条件包括V及VI级围岩的掌子面挤出位移、拱顶沉降以及水平收敛值与开挖步数的关系。为了提高得出的判据方法的可靠性及科学性，可以对监测数据进行汇总、列表以及绘图进行进一步分析总结，从而使得判据更为精准科学。
技术实现思路
针对上述软弱围岩隧道掌子面面临的主要问题，本专利技术提供了一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判据的方法，本专利技术能研究在不同开挖步的情况下V级围岩和VI级拱顶沉降和挤出位移来判断V级围岩和VI级围岩是否会失稳。本专利技术可以很好预测软弱围岩隧道掌子面失稳的发生，对软弱围岩隧道的施工安全提供保障，具有一定的工程应用价值。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方法如下：(1)确定围岩的等级，本专利技术方法适用于围岩等级为V级和VI级。(2)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛值。(3)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛值。(4)采用S2：判断隧道稳定性方法一：①隧道支护后的沉降或收敛变形量：U≥U0，U为实测变形，U0为极限位移值；②隧道支护后的沉降或收敛变形速率：V≥0；③掌子面挤出位移突变：d＝8u3+27v2＜0。当满足S2方法一中任何一个条件时，即可判别隧道掌子面失稳。(5)S2：判断隧道稳定性方法二：通过测量得到掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据来分析得出开挖步与位移值的关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点。若满足S2方法二，即挤出位移和拱顶沉降有交点，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳；围岩越弱，交点越靠前，掌子面越容易失稳。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提出了一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法，适用于采用台阶法施工，且围岩等级为V级和VI级的隧道，并从围岩距掌子面前方挤出位移的大小变化趋势来判断掌子面的稳定情况。(2)本专利技术提出的预测软弱围岩隧道掌子面稳定性判别方法实现了由定性分析到定量分析的功能，对软弱围岩隧道的施工安全提供保障，具有较好的工程应用价值。附图说明图1为本专利技术一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法一的原理图；图2为本专利技术一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法二的原理图；图3为实施例中掌子面挤出位移与开挖步的关系曲线图4为实施例中拱顶沉降与开挖步的关系曲线图5为实施例中水平收敛与开挖步的关系曲线图6为实施例中V级围岩挤出位移、拱顶沉降和水平收敛关系图图7为实施例中V级围岩挤出位移、拱顶沉降和水平收敛关系图具体实施方式本专利技术所述一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法，具体步骤如下：(1)首先确定围岩的等级，本专利技术方法适用于围岩等级为V级，V的极限位移如表(1)所示，检测V级围岩距掌子面4m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过表(1)所示的极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(2)VI的极限位移如表(1)所示，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过表(1)所示的极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(3)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速率大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(4)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速度大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(5)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(6)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工，否则该隧道出现掌子面失稳的概率很大。(7)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，通过测量得到掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据来分析得出施工部与位移值的关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点，若挤出位移和拱顶沉降有交点，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳；围岩越弱，交点越靠前，掌子面越容易失稳。(8)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，通过测量得到掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据来分析得出施工部与位移值的关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点，若挤出位移和拱顶沉降有交点，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳；围岩越弱，交点越靠前，掌子面越容易失稳。表1V和VI的极限位移单位:mm下面结合具体实例来应用本专利技术提出的隧道掌子面稳定性判别方法：实施例1某隧道上台阶掌子面挤出位移、拱顶沉降以及水平收敛与开挖步的关系分别如图3、图4和图5所示。掌子面挤出位移突变判断见表2。表2V级和VI级围岩掌子面挤出位移突变判断表由表2可以看出：①根据V级围岩距掌子面4m范围内的挤出位移数据计算出的d≤0，掌子面挤出位移会发生突变，说明V级围岩初支施做后掌子面也会产生失稳，距离掌子面4m范围内挤出位移的大小和变化趋势是判断掌子面稳定主要依据，据此可以通过监测掌子面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法，具体步骤如下：(1)确定围岩的等级，检测V级围岩距掌子面4m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(2)检测VI级围岩距掌子面8m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(3)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速率大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(4)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速度大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(5)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(6)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(7)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，通过测量得到掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据来分析得出施工部与位移值的关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点，若挤出位移和拱顶沉降有交点，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳；(8)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，通过测量得到掌子面挤出位移、拱顶沉降和水平收敛等数据来分析得出施工部与位移值的关系图像，拱顶沉降和挤出位移的图像是否出现交点，若挤出位移和拱顶沉降有交点，掌子面挤出位移会发生突变，掌子面失稳；围岩越弱，交点越靠前，掌子面越容易失稳。...

【技术特征摘要】
1.一种软弱围岩隧道掌子面稳定性判别的方法，具体步骤如下：(1)确定围岩的等级，检测V级围岩距掌子面4m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(2)检测VI级围岩距掌子面8m范围内，当隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛实测值超过极限值，即U≥U0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(3)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速率大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(4)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的挤出位移、拱顶沉降和水平收敛的变形速度大于0，即V≥0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(5)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(6)当围岩等级为VI级时，检测VI级围岩距掌子面8m范围内，隧道支护后的掌子面挤出位移发生突变，按照突变理论即d＝8u3+27v2＜0时，该隧道后期施工时需要采取相对的加固措施方可继续施工；(7)当围岩等级为V级时，检测V级围岩距掌子面4m范围内，通过测量得...

【专利技术属性】
技术研发人员：高焱，夏晶晶，耿纪莹，朱雨晨，吕炀，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32