一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，包括：步骤S1：采集隧道衬砌数据Lj；步骤S2：运用荷载结构法计算不同围岩压力下的隧道衬砌数据Ls；步骤S3：建立与采集的隧道衬砌数据Lj和运用荷载结构法计算的隧道衬砌数据Ls有关的目标函数S，目标函数S满足设定条件时，记录荷载结构法施加的围岩压力P；步骤S4：根据所述围岩压力P计算围岩松动范围hj；步骤S5：计算设计围岩压力下的围岩松动范围hs；步骤S6：根据围岩压力P计算的围岩松动范围hj和设计围岩压力下的围岩松动范围hs得到围岩弱化发展范围hr。与现有技术相比，本发明专利技术具有快速、无损、精度高的优点，实施成本低廉，可广泛应用于管廊管沟、顶管隧道等其他类似地下工程中。

A Method for Determining the Development Range of Weakening Surrounding Rock Based on Tunnel Deformation

【技术实现步骤摘要】
一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法
本专利技术涉及隧道安全
，尤其是涉及一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法。
技术介绍
隧道运营过程中，由于高地应力、地热、地下水等作用的影响，改变了围岩力学特性，使围岩弱化，降低了围岩承载性能，打破了原有的围岩-衬砌的相对稳定状态，威胁隧道结构安全。为探明围岩弱化范围及程度，通常采用钻孔取样，进行室内试验的方法，但这种方法存在以下缺陷：(1)由于钻孔数量有限，通常根据钻孔试验结果估算未钻孔部位围岩弱化范围，难以准确的获得隧道围岩弱化范围。(2)钻孔所取岩样脱离了原始的赋存环境，试验结果不能准确的反映岩体力学特性。(3)该方法整个流程时间较长，易错过隧道维修加固的最佳时机。(4)在已有衬砌结构钻孔对衬砌自身结构也是一种破坏，降低了衬砌结构承载性能。因此，亟需一种快速、无损的方法确定围岩弱化发展的范围及趋势。中国专利技术专利CN108278109A说明书公开了一种地下工程弱化围岩加固时机确定方法，包括：现场获取不同时段下，在开挖体的设定观测区域处不同深度的围岩强度，并计算不同时段的围岩平均强度；拟合围岩平均强度随时间变化的对应关系；根据所述对应关系，计算当围岩平均强度弱化到设定强度时所对应的时间。该方法还包括：现场获取开挖体在设定观测区域处未弱化时的不同深度的初始围岩强度，通过初始围岩强度计算初始围岩平均强度，所述对应关系将所述初始围岩平均强度作为初始时间的数据进行拟合。现场获取开挖体在观测区域处不同深度的初始围岩强度和/或弱化后围岩强度包括：在所述观测区域处进行钻孔，通过获取钻机在钻进过程中反映围岩强度的钻进参数，得到不同深度处对应的围岩强度。该专利技术通过钻机的钻进过程获取参数，破坏了自身结构。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，包括以下步骤：步骤S1：采集隧道衬砌数据Lj；步骤S2：运用荷载结构法计算不同围岩压力下的隧道衬砌数据Ls；步骤S3：建立与采集的隧道衬砌数据Lj和运用荷载结构法计算的隧道衬砌数据Ls有关的目标函数S，目标函数S满足设定条件时，记录荷载结构法施加的围岩压力P；步骤S4：根据所述围岩压力P计算围岩松动范围hj；步骤S5：计算设计围岩压力下的围岩松动范围hs；步骤S6：根据围岩压力P计算的围岩松动范围hj和设计围岩压力下的围岩松动范围hs得到围岩弱化发展范围hr。所述的隧道衬砌数据包括拱顶沉降累计值和净空收敛累计值。所述的步骤S3目标函数S为：所述的设定条件为目标函数S小于10％。所述的步骤S4中，围岩松动范围hj为：其中，γ为围岩重度。所述的步骤S4中，根据围岩压力P计算围岩松动范围hj时，设置拱顶计算测点、第一拱腰计算测点、第一边墙计算测点、第一拱脚计算测点、第二拱腰计算测点、第二边墙计算测点、第二拱脚计算测点和拱底计算测点。所述的步骤S5中，围岩松动范围hs为：其中，a为隧道毛洞半跨，h为隧道毛洞高度，为围岩内摩擦角，f为围岩坚固系数。所述的步骤S6中，围岩弱化发展范围hr为：hr＝hj-hs。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)无需钻孔，根据围岩压力P计算围岩松动范围hj时，设置拱顶计算测点、第一拱腰计算测点、第一边墙计算测点、第一拱脚计算测点、第二拱腰计算测点、第二边墙计算测点、第二拱脚计算测点和拱底计算测点，可以获得各个部位隧道围岩弱化范围。(2)实施过程无需脱离现场环境，计算结果可以很好地反应岩体力学特性。(3)实施速度快，可掌控隧道维修加固的最佳时机。(4)保护已有的衬砌不受损害。(5)实施成本低廉，可广泛应用于地下工程。(6)仅需测量拱顶沉降累计值和净空收敛累计值，方法简单，方便实施。(7)目标函数S的设定条件可调，可满足不同精度的要求。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为衬砌测点位置示意图；图3为计算围岩松动范围hj时的计算测点；图4为围岩弱化发展范围示意图；附图标记：1为拱顶沉降测点；2为第一周边收敛测点；3为第二周边收敛测点；4为拱顶计算测点；5为第一拱腰计算测点；6为第一边墙计算测点；7为第一拱脚计算测点；8为拱底计算测点；9为第二拱脚计算测点；10为第二边墙计算测点；11为第二拱腰计算测点。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1：采集隧道衬砌数据Lj；步骤S2：运用荷载结构法计算不同围岩压力下的隧道衬砌数据Ls；步骤S3：建立与采集的隧道衬砌数据Lj和运用荷载结构法计算的隧道衬砌数据Ls有关的目标函数S，目标函数S满足设定条件时，记录荷载结构法施加的围岩压力P；步骤S4：根据所述围岩压力P计算围岩松动范围hj；步骤S5：计算设计围岩压力下的围岩松动范围hs；步骤S6：根据围岩压力P计算的围岩松动范围hj和设计围岩压力下的围岩松动范围hs得到围岩弱化发展范围hr。隧道衬砌数据包括拱顶沉降累计值和净空收敛累计值。步骤S3目标函数S为：目标函数S应小于10％，拱顶沉降累计值和净空收敛累计值应同时满足该目标函数条件。步骤S4按照松动荷载理论计算围岩松动范围hj为：其中，γ为围岩重度，该式可计算隧道不同部位处围岩松动范围。步骤S4根据围岩压力P计算围岩松动范围hj时，设置拱顶计算测点4、第一拱腰计算测点5、第一边墙计算测点6、第一拱脚计算测点7、第二拱腰计算测点11、第二边墙计算测点10、第二拱脚计算测点9和拱底计算测点8，施加围岩压力，可按每次增加0.5kPa的频率逐级施加围岩压力。步骤S5围岩松动范围hs为：其中，a为隧道毛洞半跨，h为隧道毛洞高度，为围岩内摩擦角，f为围岩坚固系数。步骤S6围岩弱化发展范围hr为：hr＝hj-hs本专利技术具有快速、无损、精度高的优点，实施成本低廉，可广泛应用于管廊管沟、顶管隧道等其他类似地下工程中。图1说明了根据隧道衬砌变形确定围岩弱化发展的流程。图2为隧道衬砌测点位置示意图。每个监测断面布置三个测点，分别为拱顶沉降测点1、第一周边收敛测点2和第二周边收敛测点3；第一周边收敛测点2和第二周边收敛测点3间的水平距离L23的变化值为隧道净空收敛，测点第一周边收敛测点2至第二周边收敛测点3、拱顶沉降测点1连线的垂直距离L1的变化值为隧道拱顶沉降。图3为计算围岩松动范围hj时的计算测点；根据围岩压力P计算围岩松动范围hj时，隧道不同部位可根据精度要求，选取计算测点，但应包括拱顶计算测点4、第一拱腰计算测点5、第一边墙计算测点6、第一拱脚计算测点7、第二拱腰计算测点11、第二边墙计算测点10、第二拱脚计算测点9和拱底计算测点8。图4为围岩弱化发展范围示意图；围岩松动范围hj与围岩松动范围hs之间即为围岩弱化发展范围hr。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1：采集隧道衬砌数据Lj；步骤S2：运用荷载结构法计算不同围岩压力下的隧道衬砌数据Ls；步骤S3：建立与采集的隧道衬砌数据Lj和运用荷载结构法计算的隧道衬砌数据Ls有关的目标函数S，目标函数S满足设定条件时，记录荷载结构法施加的围岩压力P；步骤S4：根据所述围岩压力P计算围岩松动范围hj；步骤S5：计算设计围岩压力下的围岩松动范围hs；步骤S6：根据围岩压力P计算的围岩松动范围hj和设计围岩压力下的围岩松动范围hs得到围岩弱化发展范围hr。

【技术特征摘要】
1.一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1：采集隧道衬砌数据Lj；步骤S2：运用荷载结构法计算不同围岩压力下的隧道衬砌数据Ls；步骤S3：建立与采集的隧道衬砌数据Lj和运用荷载结构法计算的隧道衬砌数据Ls有关的目标函数S，目标函数S满足设定条件时，记录荷载结构法施加的围岩压力P；步骤S4：根据所述围岩压力P计算围岩松动范围hj；步骤S5：计算设计围岩压力下的围岩松动范围hs；步骤S6：根据围岩压力P计算的围岩松动范围hj和设计围岩压力下的围岩松动范围hs得到围岩弱化发展范围hr。2.根据权利要求1所述的一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，其特征在于，所述的隧道衬砌数据包括拱顶沉降累计值和净空收敛累计值。3.根据权利要求1所述的一种基于隧道变形确定围岩弱化发展范围的方法，其特征在于，所述的步骤S3目标函数S为：4.根据权利要求3所述的一种基于隧道变形确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学增，桑运龙，杨昕，孙州，
申请(专利权)人：同济大学，上海同岩土木工程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31