一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，包括以下步骤：S1：对初期支护可能失稳破坏的危险区段（包括初期支护未成环段和已成环段），以一定间距循环间隔设置监测断面，并在监测断面上的代表性位置布置电磁辐射监测点；S2：在各监测点处的隧道初期支护表面，采用便携式电磁辐射监测仪监测不同时段的电磁辐射强度，并在各监测点同步进行常规隧道变形监测。本发明专利技术的监测方法无需预埋任何设备，现场测试简便，对施工基本无干扰，可进行大范围测试，适宜复杂地质条件下隧道工程中大范围采用；监测结果可反映围岩压力的相对大小、变化趋势和初期支护变形、破坏的关键部分，可满足初期支护稳定性分析、评判的基本需要。

A method for judging and predicting the stability of tunnel initial support based on electromagnetic radiation principle

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法
本专利技术涉及隧道与地下工程
，具体为一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法。
技术介绍
隧道施工过程中，初期支护屈服、失稳破坏是由隧道开挖引起的围岩变形挤压支护结构造成的。处于稳定状态的初期支护变形速率比较缓慢，发生局部屈服或失稳后，变形速率会逐步增加，且增速越来越快，最终因局部失稳导致初期支护整体失稳或区段性破坏。初期支护失稳将直接威胁施工人员和机具的安全，影响施工进度，造成资源浪费。因此，采用适宜的方法，监测初期支护局部屈服或失稳出现的位置和时机，并据以评判初期支护的稳定性及稳定程度，为初期支护局部补强、加固或危险区域预警提供依据，避免初期支护局部屈服、失稳诱发整体失稳或区域性失稳具有重要意义。然而，目前，还没有哪一种方法能够较为准确地在初期支护失稳和破坏前对其稳定性、稳定程度进行监测和评判。国内外专门针对隧道施工过程中，初期支护稳定性监测评判的方法研究很少。申请号CN201220438699.6和CN201220596417.5的技术，提出了在隧道二次衬砌完成区段的相对稳定位置，通过设置全断面激光扫描仪对隧道断面变形进行实时扫描，实时监测隧道变形，据以评判初期支护稳定性的方法。这种方法建立在初期支护已发生较大变形的基础上，且全断面激光扫描仪价格昂贵，现场测试容易受到施工车辆、机具的遮挡和干扰，可用于隧道施工期间初期支护稳定性和变形的验证，但不便于指导施工。目前，施工阶段隧道初期支护稳定性的判断，主要根据施工期间监控量测得到的初期支护变形（如常规的拱顶下沉、边墙收敛等）或肉眼观察。然而，这类通过“结果”进行判别的方法都具有相对滞后性，不利于事件的提前处理和预防。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，以解决上述
技术介绍
中提到的不能准确地在初期支护失稳和破坏前对其稳定性、稳定程度进行监测和评判，且现有的评判方法价格昂贵，操作复杂且不便于现场大范围采用的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，包括以下步骤：S1：对初期支护可能失稳破坏的危险区段（包括初期支护未成环段和已成环段），以一定间距循环间隔设置监测断面，并在监测断面上的代表性位置布置电磁辐射监测点；S2：在各监测点处的隧道初期支护表面，采用便携式电磁辐射监测仪监测不同时段的电磁辐射强度，并在各监测点同步进行常规隧道变形监测（常规方法进行拱顶下沉、边墙收敛监测）；S3：根据监测结果，从时间和空间两个维度判别初期支护的稳定状态；S4：当初期支护处于稳定状态时，根据电磁辐射监测结果，以“先找关键部位、后求比值”的方式评判初期支护的稳定程度；S5：此类隧道初期支护发生失稳破坏区段现场监测的基础上，通过初期支护稳定状态的判别结果与实际结果的对比分析，提高所处稳定状态判断准确性；通过监测值与初期支护局部屈服、失稳实际发生情况的对比分析，得出基于电磁辐射监测的初期支护局部屈服、失稳基准值，并进行不断修正和完善；S6：通过重复执行上述步骤S1~S5，达到提高初期支护稳定状态、稳定程度判别的准确性。优选的，S1中，监测断面间距一般设置为5m，电磁辐射监测点一般布置在拱顶、拱腰、边墙和底板处。优选的，S2中，通过便携式电磁辐射监测仪对监测点进行电磁辐射监测；为保证监测结果准确性，每个监测点的监测时长相同、且不少于为2min；其中，监测时段是指从初期支护施作到监测作业进行时的时间差，一般以“天”计。优选的，S3中，时间和空间两个维度判别方法如下：（1）时间维度：对比分析隧道施工过程中初期支护同一断面、同一部位前后连续两个监测时段的监测结果，若初期支护变形量和电磁辐射强度均逐渐增加，则初期支护处于稳定状态；若初期支护变形量增加而电磁辐射强度持平或减小，则说明初期支护的监测点及其附近部位已发生局部屈服或失稳。（2）空间维度：在地质条件相似、初期支护相同的隧道监测区段，初期支护所受围岩挤压应力及其变形在空间上应具有连续性，若初期支护不同监测断面的同一监测部位，在同一监测时段的电磁辐射强度变化趋势与初期支护变形的变化趋势基本相同，则初期支护处于稳定；若出现电磁辐射强度减小，而初期支护收敛变形增大的断面，则说明此断面初期支护已发生局部失稳或屈服。优选的，S4中，评判初期支护的稳定程度方法为：根据监测结果，分析隧道各监测断面上同一监测时段、不同监测位置的电磁辐射强度分布规律，得出此监测时段各断面上初期支护与围岩间挤压应力的分布规律，找出各断面上最可能出现初期支护失稳破坏的关键部位，将该部位监测结果与此类初期支护对应部位的局部屈服、失稳基准值进行对比，据以判断该部位的稳定程度、预测初期支护的稳定性。优选的，S5中，初期支护稳定程度评判方法是：（1）根据前期监测结果，将初期支护各关键部位处于局部屈服、失稳临界状态对应的电磁辐射强度设定为各部位局部屈服、失稳的基准值Er（一般取过渡到失稳状态前的最后一次监测结果，且随监测进行不断修正和完善）；（2）在后续监测中，将各部位电磁辐射强度监测结果E与对应基准值对比，来评判初期支护的稳定程度。稳定程度用稳定系数D评价，稳定系数定义为：，通过稳定系数将稳定程度分为很稳定（0≤D＜0.5）、稳定（0.5≤D＜0.8）、基本稳定（0.8≤D＜0.9）和临界稳定（D≥0.9）四级。优选的，监测过程中，应根据监测出的电磁辐射强度、初期支护变形速率和初期支护失稳破坏的实际发生情况，对监测断面及测点布置和监测间隔时长进行调整；在预测基准值确定后，仅需对存在局部屈服或失稳可能性的区段和部位进行监测即可。优选的，监测过程中，因不同初期支护抵抗围岩挤压应力的能力不同，所以随着围岩情况和初期支护的改变，初期支护对应部位的局部屈服或失稳破坏基准值应随之进行调整。本专利技术提供了一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，具备以下有益效果：（1）本专利技术监测方法具有无需预埋任何设备，现场测试简便，对施工基本无干扰，可进行大范围测试的优点，能很好地适应复杂地质条件下围岩及地质条件多变的特点；监测结果可反映围岩压力的相对大小、变化趋势和初期支护变形、破坏的关键部分，可满足初期支护稳定性分析、评判的基本需要，很好地解决了传统的、基于围岩压力监测的初期支护稳定性评判方法在隧道工程实际中难以大量使用的问题，能够更早地发现初期支护局部屈服或不稳定的部位，评判初期支护稳定性及其稳定程度，从而更加有效地指导施工。（2）本专利技术综合考虑了初期支护变形、破坏发展过程中，围岩与初期支护间挤压应力（围岩压力）的发展、变化以及初期支护变形的变化，提高了初期支护稳定性预报的准确性。附图说明图1为本专利技术基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性监测评判流程图；图2为本专利技术仰拱回填前全断面监测时电磁辐射监测点布置图；图3为本专利技术仰拱回填后全断面监测时电磁辐射监测点布置图。图中：1、拱顶；2、左拱腰；3、右拱腰；4、左边墙；5、右边墙；6、左拱脚；7、右拱脚；8、仰拱中部；9、底板中部。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1：对初期支护可能失本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，其特征在于,包括以下步骤：S1：对初期支护可能失稳破坏的危险区段（包括初期支护未成环段和已成环段），以一定间距循环间隔设置监测断面，并在监测断面上的代表性位置布置电磁辐射监测点；S2：在各监测点处的隧道初期支护表面，采用便携式电磁辐射监测仪监测不同时段的电磁辐射强度，并在各监测点同步进行常规隧道变形监测（常规方法进行拱顶下沉、边墙收敛监测）；S3：根据监测结果，从时间和空间两个维度判别初期支护的稳定状态；S4：当初期支护处于稳定状态时，根据电磁辐射监测结果，以“先找关键部位、后求比值”的方式评判初期支护的稳定程度；S5：此类隧道初期支护发生失稳破坏区段现场监测的基础上，通过初期支护稳定状态的判别结果与实际结果的对比分析，提高所处稳定状态判断准确性；通过监测值与初期支护局部屈服、失稳实际发生情况的对比分析，得出基于电磁辐射监测的支护局部屈服、失稳基准值，并进行不断修正和完善；S6：通过重复执行上述步骤S1~S5，达到提高初期支护稳定状态、稳定程度判别的准确性。

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，其特征在于,包括以下步骤：S1：对初期支护可能失稳破坏的危险区段（包括初期支护未成环段和已成环段），以一定间距循环间隔设置监测断面，并在监测断面上的代表性位置布置电磁辐射监测点；S2：在各监测点处的隧道初期支护表面，采用便携式电磁辐射监测仪监测不同时段的电磁辐射强度，并在各监测点同步进行常规隧道变形监测（常规方法进行拱顶下沉、边墙收敛监测）；S3：根据监测结果，从时间和空间两个维度判别初期支护的稳定状态；S4：当初期支护处于稳定状态时，根据电磁辐射监测结果，以“先找关键部位、后求比值”的方式评判初期支护的稳定程度；S5：此类隧道初期支护发生失稳破坏区段现场监测的基础上，通过初期支护稳定状态的判别结果与实际结果的对比分析，提高所处稳定状态判断准确性；通过监测值与初期支护局部屈服、失稳实际发生情况的对比分析，得出基于电磁辐射监测的支护局部屈服、失稳基准值，并进行不断修正和完善；S6：通过重复执行上述步骤S1~S5，达到提高初期支护稳定状态、稳定程度判别的准确性。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，其特征在于：S1中，监测断面间距一般设置为5m，电磁辐射监测点一般布置在拱顶、拱腰、边墙和底板处。3.根据权利要求1所述的一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，其特征在于：S2中，通过便携式电磁辐射监测仪对监测点进行电磁辐射监测；为保证监测结果准确性，每个监测点的监测时长相同、且不少于2min；其中，监测时段是指从初期支护施作到监测作业进行时的时间差，一般以“天”计。4.根据权利要求1所述的一种基于电磁辐射原理的隧道初期支护稳定性判别与预测方法，其特征在于：S3中，时间和空间两个维度判别方法如下：（1）时间维度：对比分析隧道施工过程中初期支护同一断面、同一部位前后连续两个监测时段的监测结果，若初期支护变形量和电磁辐射强度均逐渐增加，则初期支护处于稳定状态；若初期支护变形量增加而电磁辐射强度持平或减小，则说明初期支护的监测点及其附近部位已发生局部屈服或失稳；（2）空间维度：在地质条件相似、初期支护相同的隧道监测区段，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成禹，罗洪林，闫红江，邓志刚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35