一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统，通过考虑岩石力学性质及其变异性确定地下洞室开挖后围岩变形阈值，将激光收敛仪监测并计算的围岩变形信息传输至地面数据中心，由地面数据中心对围岩变形信息和围岩变形阈值进行比较，发出不同等级的预警指令，并将预警指令发送至地下施工人员手机，以便地下施工人员及时采取相应措施。本发明专利技术公开的监测预警方法及系统能够实时、在线、连续地监测地下洞室开挖后的围岩变形，并能够根据围岩变形信息和考虑岩石性质变异性的预设的围岩变形阈值迅速发出不同等级的预警指令给地下施工人员，以便地下施工人员及时采取相应措施，从而提高地下洞室施工安全和监测效率，降低地下洞室安全风险。低地下洞室安全风险。低地下洞室安全风险。

【技术实现步骤摘要】
一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及地下洞室围岩监测预警
，具体是一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统。

技术介绍

[0002]随着人口的增长和城市化进程的加快，越来越多的地下洞室等基础设施正在建设中。地下洞室待开挖区域岩体具有天然的变异性，给地下洞室的开挖建设带来了一定的挑战。在地下洞室建设中，地下洞室开挖后对围岩和支护结构的监测能够了解围岩和支护结构对开挖活动的响应，也能够对潜在的风险(如过大围岩变形、拱顶坍塌等)进行预警以便施工人员采取相应措施避免不必要的安全事故。
[0003]在地下洞室工程监测方面，对地下洞室开挖后围岩变形的监测是地下洞室监测工作中的重点内容之一，比如对地下洞室拱顶下沉、周边收敛等的量测。然而，目前地下洞室围岩变形的监测往往采用传统的人工方式，通过全站仪、水准仪、收敛计等进行量测、记录、存储，围岩变形数据的处理、分析和预警反馈等也耗时较长。换言之，缺乏实时、在线、连续、反馈迅速的围岩变形监测和预警系统。另一方面，地下洞室围岩变形的预警方法主要是通过将监测获取的围岩变形信息与预设变形阈值相比较。但是，目前的预设变形阈值大都是通过工程类比的经验确定，而且变形阈值往往确定为单一数值。这种围岩变形阈值的确定方法未能考虑工程现场岩石力学性质及其变异性，且基于此围岩变形阈值的预警指令往往为二分的，即“预警”与“不预警”，难以实现不同等级的预警和不同对应措施的采取。换言之，目前地下洞室围岩变形的预警缺乏一种在确定围岩变形阈值时能考虑岩石力学性质及其变异性的地下洞室围岩变形监测预警方法及系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统，通过考虑岩石力学性质及其变异性确定地下洞室开挖后围岩变形阈值，将激光收敛仪监测并计算的围岩变形信息传输至地面数据中心，由地面数据中心对围岩变形信息和围岩变形阈值进行比较，发出不同等级的预警指令，并将预警指令发送至地下施工人员手机，以便地下施工人员及时采取相应措施。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种地下洞室围岩变形监测预警方法，包括以下步骤：
[0006]S1.在地下洞室工作面围岩周边设置多个监测点；
[0007]S2.在地下洞室边墙处安装激光收敛仪，通过激光收敛仪实时、在线、连续采集获取不同监测点的坐标变化数据，自动计算并储存监测点的围岩变形信息，并通过激光收敛仪将围岩变形信息无线发送至地下工业电脑，由地下工业电脑将围岩变形信息经由通讯电缆传输至地面数据中心；
[0008]S3.地面数据中心比较围岩变形信息和预设的围岩变形阈值的大小，发出不同等
级的预警指令，并经由通讯电缆传输至地下无线信号预警装置，由无线信号预警装置将预警指令发送至地下施工人员手机，以便地下施工人员及时采取相应措施；
[0009]其中，预设的围岩变形阈值u
c
包括最小值u
cmin
、平均值u
cavg
和最大值u
cmax
，其确定方法包括以下步骤：
[0010]步骤1.在地下洞室待开挖区域钻孔取样i个岩石试样，i＝1,2,3,
…
,n
‑
1,n，并分别进行岩石试样的单轴压缩试验，获取每个岩石试样的单轴抗压强度σ
ci
和弹性模量E
i
；
[0011]步骤2.获取每个岩石试样的应变阈值ε
ci
：
[0012][0013]步骤3.对获取的每个岩石试样的应变阈值ε
ci
进行统计分析，得到i个岩石试样的应变阈值的平均值μ(ε
ci
)和标准差δ(ε
ci
)：
[0014][0015][0016]步骤4.获取围岩应变阈值ε
c
的最小值ε
cmin
、平均值ε
cavg
和最大值ε
cmax
：
[0017]ε
cmin
＝μ(ε
d
)
‑
δ(ε
ci
)
[0018]ε
cavg
＝μ(g
ci
)
[0019]ε
cmax
＝μ(ε
ci
)+δ(ε
ci
)
[0020]步骤5.获取围岩变形阈值u
c
的最小值u
cmin
、平均值u
cavg
和最大值u
cmax
：
[0021]u
cmin
＝(μ(ε
ci
)
‑
δ(ε
ci
))*r
[0022]u
cavg
＝μ(ε
ci
)*r
[0023]u
cmax
＝(μ(ε
ci
)+δ(ε
ci
))*r
[0024]其中，r为地下洞室的等效半径。
[0025]一种地下洞室围岩变形监测预警系统，包括激光收敛仪、多个监测点、地下工业电脑、通讯电缆、地面数据中心、地下无线信号预警装置和地下施工人员手机；
[0026]所述的多个监测点设置在地下洞室工作面围岩周边；
[0027]所述的激光收敛仪安装在地下洞室边墙处，所述的激光收敛仪用于实时、在线、连续采集获取不同监测点的坐标变化数据，自动计算并储存监测点的围岩变形信息，并将围岩变形信息无线发送至地下工业电脑；
[0028]所述的地下工业电脑用于将围岩变形信息经由所述的通讯电缆传输至所述的地面数据中心；
[0029]所述的地面数据中心用于比较围岩变形信息和预设的围岩变形阈值的大小，发出不同等级的预警指令，并经由所述的通讯电缆传输至所述的地下无线信号预警装置，由所述的无线信号预警装置将预警指令发送至地下施工人员手机，以便地下施工人员及时采取相应措施。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术提供一种地下洞室围岩变形监测预警方法及系统，能够实时、在线、连续地监测地下洞室开挖后的围岩变形，并能够根据围
岩变形信息和考虑岩石性质变异性的预设的围岩变形阈值迅速发出不同等级的预警指令给地下施工人员，以便地下施工人员及时采取相应措施，从而提高地下洞室施工安全和监测效率，降低地下洞室安全风险。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中预设的围岩应变阈值的确定方法图；
[0032]图2为在圆形地下洞室的拱顶和边墙的围岩变形示意图；
[0033]图3为激光收敛仪及在圆形地下洞室工作面围岩周边设置的监测点的示意图；
[0034]图4为圆形地下洞室围岩变形监测预警系统的布置示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下洞室围岩变形监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.在地下洞室工作面围岩周边设置多个监测点；S2.在地下洞室边墙处安装激光收敛仪，通过激光收敛仪实时、在线、连续采集获取不同监测点的坐标变化数据，自动计算并储存监测点的围岩变形信息，并通过激光收敛仪将围岩变形信息无线发送至地下工业电脑，由地下工业电脑将围岩变形信息经由通讯电缆传输至地面数据中心；S3.地面数据中心比较围岩变形信息和预设的围岩变形阈值的大小，发出不同等级的预警指令，并经由通讯电缆传输至地下无线信号预警装置，由无线信号预警装置将预警指令发送至地下施工人员手机，以便地下施工人员及时采取相应措施；其中，预设的围岩变形阈值u
c
包括最小值u
cmin
、平均值u
cavg
和最大值u
cmax
，其确定方法包括以下步骤：步骤1.在地下洞室待开挖区域钻孔取样i个岩石试样，i＝1,2,3,
…
,n
‑
1,n，并分别进行岩石试样的单轴压缩试验，获取每个岩石试样的单轴抗压强度σ
ci
和弹性模量E
i
；步骤2.获取每个岩石试样的应变阈值ε
ci
：步骤3.对获取的每个岩石试样的应变阈值ε
ci
进行统计分析，得到i个岩石试样的应变阈值的平均值μ(ε
ci
)和标准差δ(ε
ci
)：)：步骤4.获取围岩应变阈值ε
c
的最小值ε
cmin
、平均值ε
cavg
和最大值ε
cmax
：ε
cmin
＝μ(ε
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢辉，夏才初，徐晨，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：