[发明专利]一种隧洞施工时滞型岩爆时空预警方法

说明书

本发明公开了一种隧洞施工时滞型岩爆时空预警方法，在施工的隧洞中布置；根据微震事件的数据对微震事件进行定位，获得岩爆风险区域对应的桩号范围及其岩爆风险区域；在岩爆风险区域内布置若干应力传感器；获得岩爆风险区位置的微震事件能量指数EI、微震事件视体积V_A和各应力传感器的应力σ随时间演化曲线图，分析判断岩爆发生的位置和时间。本发明能够对岩爆发生的位置和时间进行精准预警。

技术领域

本发明涉及岩土工程中岩爆预警领域，更具体涉及一种隧洞施工时滞型岩爆时空预警方法。

技术背景

随着国民经济高速发展，水电资源开发、铁路公路建设等大型工程正以前所未有的速度向前发展；深埋隧洞工程越来越多，而随着深度的增加，岩体赋存的地质环境更为复杂，地应力更高，由开挖引起的岩爆灾害变得更加严重、突出且频次高。锦屏二级水电站引水隧洞、陕西省引汉济渭工程、川藏铁路、巴基斯坦NJ水电引水隧洞等大型工程，均遇到强烈岩爆，严重影响作业人员安全与施工进度。

不少学者对岩爆孕育的规律进与机制、岩爆的类型以及岩爆发生的判据行了研究，并引入了新的岩爆监测技术手段。为了对岩爆进行预警，国内外学者多角度建立了多种判据，陶振宇判据、Russense判据等；微震监测、声发射、数字钻孔摄像等技术手段也被引入。

根据岩爆发生时间的差异，有学者将岩爆分为即时型岩爆和时滞型岩爆。所谓即时型岩爆，是指开挖卸荷效应影响过程中，完整、坚硬围岩中发生的岩爆。时滞型岩爆是指深埋隧洞高应力区开挖卸荷后应力调整平衡后，外界扰动作用下而发生的岩爆。时滞型岩爆往往空间上往往滞后于掌子面一定距离，时间上也滞后于开挖该区域一段时间，相比时滞型岩爆更加难以预警。

就目前来说，微震监测仍是现场岩爆预警最即时且有效的手段；相比其他手段，微震监测能够提供捕捉到岩体失稳破坏前的破裂征兆，为岩爆的发生提供预警。但微震监测仍有一定局限性，由于工程地质条件不均匀使得微震定位精度有一定误差，该监测方法只能给出大致位置，但不能提供岩爆发生的具体时间。时滞型岩岩爆在时间和空间上的滞后性，相比即时型岩爆给工程施工增加的不确定性更大，若能更准确地预测时滞型岩爆发生的位置和时间，可对隧洞施工中岩爆的发生进行更精确的防治，将大大提高隧洞施工的安全性、降低施工成本，对隧洞施工具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种隧洞施工中时滞型岩爆的时间与空间预警方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种隧洞施工时滞型岩爆时空预警方法，包括以下步骤：

步骤1、在施工的隧洞中，距掌子面不同距离的第一断面和第二断面布置微震传感器，第一断面相较于第二断面靠近掌子面，第一断面和第二断面上布置的所有微震传感器均接入同一微震监测系统；

步骤2、微震监测系统通过微震传感器获得微震事件的数据，并根据微震事件的数据对微震事件进行定位，获得岩爆风险区域对应的桩号范围及其岩爆风险区域，还获得微震事件能量E、微震事件体变势P和微震事件视体积V_A；

步骤3、在岩爆风险区域内布置若干应力传感器，应力传感器与数据采集仪连接，

步骤4、随着掌子面向前推进，第一断面和岩爆风险区到掌子面的距离变大，在距离最接近掌子面的应力传感器5～10m且更靠近掌子面的区域再布置应力传感器，新布置的应力传感器与数据采集仪连接；

数据采集仪获得各个应力传感器测量的应力σ；

步骤5、根据微震事件能量E计算微震事件能量指数EI；

步骤6、获得岩爆风险区位置的微震事件能量指数EI、微震事件视体积V_A和各应力传感器的应力σ随时间演化曲线图，分析判断岩爆发生的位置和时间。