【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土工程，具体涉及一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法。
技术介绍
1、钻爆法是水利水电工程、引调水工程、交通等领域地下洞室开挖过程中最常用的施工方法。它具有操作工艺简单、成本低廉的优势，自从其应用于工程开挖领域之后便得到了快速的推广。然而，在爆炸能冲击破碎待开挖岩体的过程中，附近围岩也受到剧烈扰动，甚至诱发诸如围堰剥落、坍塌、突发大变形等一系列的工程地质灾害，甚至对技术人员和施工机械造成破坏。因此，隧洞爆破开挖过程中对围岩开挖扰动进行主动的、适当的监测和评估对于地震灾害的主动预防具有重要意义。
2、传统的爆破扰动区的监测一般采用探地雷达扫描的方式，这种方式一般是在爆破开挖完成，隧洞围岩中爆破粉尘，有毒气体等爆破公害降低到安全标准，安全警报解除之后相关操作人员方可进入现场进行扫描检测，这种方式不能及时的反应岩体开挖爆破后围岩的响应，而且对操作人员有一定的安全风险。另外，隧洞中一般会有积水和淤泥，这也给监测带来很多不便。由于这种方法操作工艺和成本也比较高，应用和推广受到了一定的制约。
3、鉴于传统爆破扰动区监测的各种局限性，一种更加简单便捷，能达到实时监测，远程操控的扰动区监测方法亟待提出。
技术实现思路
1、针对现有扰动区监测方法存在的缺陷，本专利技术目的在于提供一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，该方法在不影响正常开挖掘进的前提下，充分利用爆破开挖在围岩中诱发的地震波来确定隧洞扰动区，对于隧洞爆破开挖过程中围岩稳定性评估以及施工
2、为解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，包括如下步骤：
4、步骤一，根据施工隧洞主应力分布情况，确定围岩初始状态的p波速度vup，并在掌子面后方边墙上依次布置若干地震波测点，在每个测点用石膏将传感器与岩体固定在一起，然后将地震波信号自记仪与其相联，掌子面爆破开挖后将采集到的地震波信号输入电脑中，便可确定各测点初至波p波被采集的时刻；
5、步骤二，依照钻爆掘进方案在待开挖的隧洞掌子面上进行布孔、钻孔及装药，然后顺次起爆开挖爆破孔；
6、步骤三，根据地震波监测点间距以及测点地震波初至波p波采集的时间差，计算求得初至波p波波速，再根据应力波和岩体强度理论建立地震波波速与扰动区的关系，进而确定掌子面一次开挖循环围岩扰动区。
7、优选地，步骤一中，待开挖隧洞围岩中的主应力分布情况以及岩体初始p波波速是根据地质勘测资料或数值计算确定。
8、优选地，地震波监测点的个数n取10～15个，测点间距l取10～20m，第一个测点距离掌子面取15m，测点连线与隧洞轴线平行。
9、优选地，步骤三中，初至波p波波速的计算公式为：
10、vc＝l/δt (1)
11、式中，vc为两测点间地震波初至波p波的速度，l为地震波测点间距，δt为测点地震波初至波p波采集的时间差。
12、优选地，步骤三中，建立地震波波速与扰动区的关系的过程为：
13、根据地震波理论可知，p波波速vp由下述公式(2)确定：
14、
15、式中，ρ为岩体密度，e和ν分别为岩体弹性模量和泊松比；
16、根据岩体强度理论可知，岩体的弹性模量e可表示为：
17、
18、式中，g为岩体的地质强度指标，σci为岩体单轴抗压强度，特定岩体其值是一个常数，d为岩体扰动参数，且0≤d≤1，岩体未受扰动时d＝0，岩体未受扰动时的弹性模量为eud，岩体受到扰动时的弹性模量为ed，eud与ed之商为：
19、
20、结合公式(2)和(4)，建立岩体p波速度与岩体扰动参数的关系：
21、
22、式中，vup为初始岩体未扰动时p波波速，可通过地质勘测确定，vp为岩体受扰动时p波波速，即爆破开挖时监测到初至波波速vc；
23、则扰动参数可表示为：
24、
25、基于岩体受扰动参数与岩体受扰动波速的关系式，通过公式(1)求得两监测点间的波速vc，便可确定此段岩体扰动参数，同理，不同监测点间的岩体扰动情况可逐一确定，进而确定掌子面一次开挖循环围岩扰动区。
26、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
27、鉴于传统的围岩扰动区监测方法存在的缺陷，提供的一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，该方法在施工隧洞正常爆破开挖掘进的基础上，通过在掌子面后方布置若干地震波监测点，记录不同爆心距处地震波初至波(p波)的记录时间，然后根据应力波以及岩体强度理论建立隧洞扰动区与p波波速的关系，实时分析确定一次爆破开挖循环推进过程中掌子面后方围岩扰动区的范围。该方法在不影响正常开挖掘进的前提下，充分利用爆破开挖在围岩中诱发的地震波来确定隧洞扰动区范围，对于隧洞爆破开挖过程中围岩稳定性评估以及施工人员和机械设备安全都有很好的参考作用。
28、本专利技术可广泛应用于矿山、水电工程、交通等各个领域的隧洞爆破开挖围岩扰动区确定，具有良好的工程应用和推广价值。
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1.一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，步骤一中，待开挖隧洞围岩中的主应力分布情况以及岩体初始P波波速是根据地质勘测资料或数值计算确定。
3.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，地震波监测点的个数n取10～15个，测点间距l取10～20m，第一个测点距离掌子面取15m，测点连线与隧洞轴线平行。
4.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，步骤三中，初至波P波波速的计算公式为：
5.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，步骤三中，建立地震波波速与扰动区的关系的过程为：
【技术特征摘要】
1.一种基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，步骤一中，待开挖隧洞围岩中的主应力分布情况以及岩体初始p波波速是根据地质勘测资料或数值计算确定。
3.根据权利要求1所述的基于地震波测试的隧洞开挖扰动区确定方法，其特征在于，地震波监测点的个...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢良涛，孙海清，孟刚，严鹏，朱瑾，孔建，张玲丽，马灿，吴秋波，陈捷平，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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