[发明专利]小直径隧洞全断面开挖围岩变形预警工法

说明书

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域中一种针对在围岩条件较差的情况下采用新奥法全断面开挖建造隧洞时使用的围岩变形安全预警施工技术。

背景技术

目前，使用新奥法开挖建造隧洞时，为了保证施工质量，保障施工安全，常用方法为使用多点位移计监测开挖段周围岩体的变形。由于该工法使用简单，费用合理，因此在我国水利工程界被广泛应用。传统的多点位移计监测围岩变形技术是一种相对静态的技术：首先，在图纸设计过程中，由设计人员根据相关地质勘查资料选取监测点；然后，在施工过程中根据规范要求，在隧洞开挖后安装测点，并在之后的施工过程中根据设计要求监测围岩变形；最后，针对已测得的围岩变形数据结合施工经验由工程师判断隧洞施工的安全性。这其中包括了对设计人员预判施工危险点的要求，以及施工人员对隧洞安全性经验判断的要求。

但是在实际施工中，这种静态的安全监测技术已逐渐不能满足现在施工的需求。随着机械化程度的提高，施工速度越来越快，在施工过程中对突发情况处理的要求也越来越高，并且在施工过程中，隧洞安全判定完全依赖于施工人员的经验是不合理的。因此从静态监测转变为动态监测，从经验判断转变为技术判断成了现代施工的要求。

经过对现有技术文献检索发现，规范《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）对隧洞开挖围岩允许变形量做了规定，但是该规定仅针对收敛测点测值，而实际施工中收敛测点精度不高，并且极大程度受限于测量条件，测值不如多点位移计可靠；规范《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）对多点位移计的安装及监测技术做了详细的规定，但是并未对多点位移计安装时间做具体规定。隧洞内部安装的多点位移计都会滞后于隧洞开挖，在这段时间内围岩已发生较大的变形，而现有的围岩变形预警技术并无法考虑多点位移计安装前已产生的围岩变形，显然这一部分漏测的变形会影响工程师的判断，以致最终影响隧洞施工的安全。并且现有的技术对危险的判断主要依赖于工程师的经验，并没有专门的安全预警技术。

发明内容

本发明要克服上述现有技术的不足，针对全断面开挖的小直径隧洞，在现有的多点位移计监测基础上提出一种更为安全合理的施工预警技术。方法简单，在现有的技术基础上合理利用工程经费，降低工程师作业难度，大大提高施工的安全性。

本发明是通过以下的技术方案实现的，对建于围岩性状较差或隧洞轴线上存在局部节理裂隙的小直径隧洞，采用全断面开挖时使用本发明进行安全预警，本发明所述的小直径隧洞全断面开挖围岩变形预警工法，具体步骤如下：

步骤一，前期地质勘查，岩芯取样，查明岩层节理裂隙的位置及走向；通过土工试验确定围岩参数，对围岩分类并汇总成表；根据地质调查结果，确定设计多点位移计安装方案：

①现场取芯后进行室内试验，根据《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）进行室内岩石物理力学性质试验，试验测得岩石抗压强度及完整性系数；根据《工程岩体分级标准》（GB50218-94）对开挖区围岩进行分类；对隧洞轴线处存在的断层或节理裂隙标注；

②根据①中所勘查的隧洞轴线处周边岩层的条件，布置多点位移计，重点监测施工安全风险较高处围岩变形，如断层或节理裂隙处，确定观测频次。

步骤二，隧洞开挖及多点位移计安装：

①在步骤一中勘查得到的地质条件下，根据施工组织设计进行隧洞全断面开挖；

②随着开挖进度，根据《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）要求在设计断面安装步骤一中所布置的多点位移计。

步骤三，中期地质勘查：

由于在施工过程中可能会发现部分前期地质勘查时未探明的断层或节理裂隙，对步骤一中多点位移计安装方案进行补充；如确实存在步骤一中未发现的节理裂隙，在其基础上补充设计安装多点位移计，安装过程及方法重复步骤二。

步骤四，多点位移计安装时间记录：

由于在施工时，多点位移计无法在断面开挖后立即安装，因此在多点位移计安装完成后，记录多点位移计测点安装滞后断面开挖的滞后时间t；

步骤五，确定围岩变形预警值；由于工作面的原因，在施工开挖前以及之后一段时间内无法进行多点位移计安装，因此也无法进行变形观测。而大部分由隧洞开挖引起的变形却在这段时间内消散，因此首先需要对已消散部分的位移进行确定，进而确定围岩变形预警值：

①根据步骤一中划分的围岩等级及步骤四中记录的多点位移计安装滞后时间t，查阅图1确定各套多点位移计的残余变形系数a；