[发明专利]一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法

说明书

本发明公开了一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法，具体为：隧道开挖前，进行超前地质预报，对掌子面前方围岩稳定性作出初步判断；隧道开挖后，结合开挖揭露的掌子面状态进行掌子面地质素描，对掌子面围岩进行分级；隧道支护后，对掌子面上一开挖循环距离内的拱顶沉降量及水平收敛量进行实时监测，同时利用测斜仪对超前掌子面固定距离钻设的地表钻孔进行掌子面前方挤出位移监测，测得掌子面前方围岩的挤出变形，实现隧道掌子面变形的三维监测；通过测点位移变化率、测点位移变化量和掌子面挤出变形三个变形指标判断掌子面的稳定性。本发明可从多角度、全方位评价全断面法开挖隧道掌子面的稳定性。

技术领域

本发明属于超大断面隧道工程围岩稳定性性分析技术领域，具体涉及一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法。

背景技术

在超大断面隧道机械化施工工程中，隧道掌子面周边围岩的稳定性是施工工程中应重点关注的内容，施工过程中掌子面一旦发生失稳，将会对施工人员及机械设备造成极大的危害。在隧道施工阶段，非常有必要对开挖揭露的掌子面稳定性进行及时分析，若掌子面不稳定，应及时采取相应的加固措施，提高掌子面围岩的稳定性，确保后续工程顺利施工。

相关研究已表明：在岩体中开挖隧道对围岩的扰动效应是三维的，开挖产生的临空面使原有处于三向应力状态的围岩转变为二向应力状态，围岩应力将会产生重分布，直至重新达到新的平衡状态。实际上，在掌子面开挖之后，超前掌子面前方的围岩便已经发生变形，之后隧道侧壁才发生收敛变形。随着隧道工程施工技术的发展，隧道开挖方式逐渐由原有的台阶法分布开挖预留核心土法转变为全断面法开挖，当隧道开挖预留核心土时，将会一定程度上一致掌子面前方核心围岩的变形，随着开挖方式转变为全断面法开挖，隧道掌子面将不再预留核心土，此时将对掌子面的稳定性带来一定不利因素。目前，隧道施工中现有的监控量测主要包括拱顶沉降变形、隧道周边收敛变形及地表沉降变形等常规监测项目，即针对开挖后隧道掌子面的二维变形监测，对掌子面围岩的稳定监测分析手段较为单一；而掌子面前方围岩的挤出变形对掌子面稳定性的影响起主要作用，超前掌子面前方围岩的挤出变形在一定程度上可以反映隧道围岩的稳定性。

基于以上背景，在超大断面隧道机械化全断面开挖工程中，需提出一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法，并结合施工中使用的掌子面超前地质预报、掌子面地质素描等手段，以便现场施工人员从掌子面三维变形监测的角度综合分析掌子面围岩的稳定性，进而采取相应措施提高掌子面围岩的稳定性，保障施工安全，确保工程顺利完工。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法。

本发明的一种基于掌子面三维变形监测的隧道稳定性判释方法包括以下步骤：

步骤1：隧道开挖前，首先利用全电脑三臂凿岩台车钻设超前水平钻孔进行隧道掌子面的超前地质预报，及时获取隧道围岩地质信息，根据探测结果对掌子面前方围岩稳定性作出初步判断，保证掌子面施工作业安全。

步骤2：隧道开挖后工程技术人员结合开挖揭露的掌子面状态进行掌子面地质素描，对掌子面围岩强度、风化程度、裂隙形态、涌水状态等方面进行定性判断，进而对掌子面围岩进行分级。

步骤3：隧道支护后对掌子面上一开挖循环距离内的拱顶沉降量及水平收敛量进行实时监测，同时利用测斜仪对超前掌子面固定距离钻设的地表钻孔进行掌子面前方挤出位移监测，测得掌子面前方围岩的挤出变形，从而实现隧道掌子面变形的三维监测。

步骤4：通过以下三个变形指标判断掌子面的稳定性：

①测点位移变化率U_v≥U_v0，U_v即实测变形速率，U_v0为极限变形速率；

②测点位移变化量U≥U₀，U为实测变形量，U₀为极限位移量；