【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道施工，具体为一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法。
技术介绍
1、随着水利、水电等地下工程的不断发展，越来越多的地下隧道工程被实施。
2、在地下隧道工程中，变形监测数据的分析是保证地下工程安全施工的重要手段，隧洞开挖中，变形监测预警值与隧洞围岩岩体质量、监测时机、洞室尺寸等因素相关，但如何根据变形监测数据的量级来评估隧道当前稳定性，到目前为止没有一个准确的定论。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，以解决上述
技术介绍
中提出的如何根据变形监测数据的量级来评估隧道当前稳定性的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法：
3、1)确定洞室尺寸、岩体质量、监测时机即监测断面与掌子面的距离s；
4、2)计算隧洞开挖的轴向位移曲线，可通过下面公式求解：
5、
6、式中：δ为隧道掌子面后方围岩最大变形量；δs为距离掌子面后方某位置的变形量；s为发生变形量δs的位置与掌子面的距离；r为隧道半径。
7、隧道掌子面后方围岩最大变形量δ可通过地面反应曲线来确定，具体方法如下：
8、洞室开挖后，洞周围岩体应力和远场应力可根据下式计算：
9、
10、
11、式中，a、b是岩体质量参数；σci为岩体单轴抗压强度，单位为mpa；ρ为支护力，单位为mpa。
12、地面
13、
14、当σi≥σfy时，围岩处于弹性阶段，此时的变形x1为：
15、
16、式中gjq是岩体的剪切模量，mpa；r为隧道半径，m。
17、当σi＜σfy时，围岩塑性区发展深度d为：
18、
19、此时，围岩变形x2可表示为：
20、
21、式中，p为岩体的泊松比，kθ＝[1+sinθ]/[1-sinθ]，θ为岩体剪胀角。
22、根据以上公式可以计算出隧洞开挖的理论地面反应曲线，继而求取出δ。
23、3)根据监测时机和轴向位移曲线、地面反应曲线，求解监测设备安装位置的变形δs占围岩总变形δ的百分比α；
24、4)确定岩体极限应变εj和峰值破坏应变εp；
25、5)根据监测设备安装后隧洞的剩余变形量xc、极限应变εj、峰值破坏应变εp求解出预警值y1＝rεj(1-α)、预警值y2＝rεp(1-α)，其中α＝δs/δ，r为隧洞半径。具体标准为：
26、i.当变形x＜y1时，洞室处于稳定状态；
27、ii.当变形y1≤x＜y2时，洞室稳定存在一定风险，需要引起关注，并对支护结构验算；
28、iii.当变形x≥y2时，洞室稳定存在风险，需加强支护，并增加观测频率；
29、x为实际监测变形量。
30、优选的，所述轴向位移曲线和地面反应曲线理论公式适用于圆形断面，静水压力的初始地应力场特征，而数值模型则适用于各种条件，若是较复杂情况，可使用数值模型进行求解。
31、优选的，所述极限应变εj：指洞室在小于等于该应变时，洞室在无特殊支护下能够稳定，即洞室应变小于等于该值则洞室处于稳定状态，若大于该值则洞室稳定存在一定的风险。
32、优选的，所述极限应变εj求解方法如下：
33、
34、由(8)式可得：
35、
36、式中：σck为岩块单轴抗压强度；σct为岩体单轴抗压强度；ek为岩块弹性模量；et为岩体弹性模量；g为岩体质量的分值。
37、由式(9)可以通过岩体质量基本参数岩块单轴抗压强度σck、岩块弹性模量ek、岩体质量的分值g求解出极限应变εj。
38、优选的，所述峰值破坏应变εp：指洞室在大于该应变时，洞室在无特殊支护下存在一定安全风险。
39、优选的，所述峰值破坏应变求解方法如下式：
40、
41、由式(10)可知破坏峰值应变大约为1.5倍的极限应变。
42、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
43、这一方法基于对隧洞沿轴线变形规律的深入理解，考虑了岩体在极限应变和峰值破坏应变下的行为。通过对这些因素的系统分析，我们能够制定出科学合理的变形预警值，从而提前发现潜在的问题，采取适当的措施以确保地下岩洞的稳定性。
44、综合考虑变形监测和岩体行为的数据，这一方法不仅使得地下岩洞的稳定性评估更为准确，同时为施工提供了有力的支持。通过实时监测和及时预警，施工方能够采取迅速而有效的应对措施，最大程度地降低潜在风险，确保隧道工程的安全进行。这一方法的应用将有助于在复杂地质条件下提高施工的安全性和工程效果，为地下工程的可持续发展提供了一种科学可行的监测和预警手段。
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1.一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述轴向位移曲线和地面反应曲线理论公式适用于环形截面，初始地应力场的静水压力特性，而数值模型则适用于各种条件，若是较复杂情况，可使用数值模型进行求解。
3.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述极限应变εj：指洞室在小于等于该应变时，洞室在无特殊支护下能够稳定，即洞室应变小于等于该值则洞室处于稳定状态，若大于该值则洞室稳定存在一定的风险。
4.根据权利要求3所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述极限应变εj求解方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述峰值破坏应变εp：指洞室在大于该应变时，洞室在无特殊支护下存在一定安全风险。
6.根据权利要求5所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述峰值破坏应变求解方法如下式：
【技术特征摘要】
1.一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述轴向位移曲线和地面反应曲线理论公式适用于环形截面，初始地应力场的静水压力特性，而数值模型则适用于各种条件，若是较复杂情况，可使用数值模型进行求解。
3.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测的围岩失稳预警方法，其特征在于：所述极限应变εj：指洞室在小于等于该应变时，洞室在无特殊支护下能够稳定，即洞室应变小于...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋敏，吕海强，骆发江，马泉，晏文品，张根旺，黎建宁，乔柱，李勇，邓宸，曹雪，白云飞，
申请(专利权)人：中建三局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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