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一种隧道工程安全施工开挖方法.pdf

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一种 隧道 工程 安全 施工 开挖 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910028876

申请日:

20190112

公开号:

CN109441455A

公开日:

20190308

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: E21D9/00;G01V1/20 主分类号: E21D9/00;G01V1/20
申请人: 韩少鹏
发明人: 韩少鹏
地址: 054000 河北省邢台市高庄桥路79号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201910028876

授权公告号:

法律状态公告日:

20190402

法律状态类?#20572;?/td>

实质审查的生效

摘要

一种隧道工程安全施工开挖方法,通过微震传感器对深埋隧道两个相向掘进掌?#29992;?#24320;挖过程进行连续监测,实时探测掌?#29992;?#21069;方断层情况,根据掌?#29992;?#21069;方断层的分布情况,确定隧道开挖穿越断层的掌?#29992;媯?#20174;而能够有效地?#26723;?#38567;道掌?#29992;?#31359;越断层时所引发的?#20918;?#28798;害,确保隧道施工安全,加快工程施工进度。

权利要求书

1.一种隧道工程安全施工开挖方法,包括如下步骤:((1)在隧道相向掘进的掌?#29992;?#21518;方分别设置4个微震传感器;(2)确定各个微震传感器的坐标;(3)通过微震传感器的信号识别岩石破裂位置;(4)根据岩石破裂位置确定是否存在掌?#29992;?#21069;方是否存在断层,当掌?#29992;?#23384;在前方存在断层时继续如下步骤(5):(5)停止距离断层距离较近的一侧掌?#29992;?#30340;掘进,直到另一侧的掌?#29992;?#36317;离断层的距离与该掌?#29992;?#19982;断层的距离相等;(6)判断断层与水平面夹角,当其小于80度时进入步骤(7),当其大于80度时进入步骤(8);(7)停止下盘掌?#29992;?#30340;掘进,继续上盘掌?#29992;?#30340;掘进直到穿越断层与下盘掌?#29992;?#36143;通;(8)在两侧掌?#29992;?#21518;分别增设一个微震传感器,确定微震传感器坐标,通过5个微震传感器的信号识别以及记录岩石破裂位置,以及微震波传播到传感器的速度;(9)确定微波传感器信号中来自相对掌?#29992;?#20013;截面附近的岩石破裂位置的信号,确定该位置产生的微震波传播到两侧展?#29992;?#30340;传感器的速度;(10)比较微震波传播到两侧掘进方向的微波传感器的速度,选择其中速度低的掘进方向单向掘进,并且穿越断层。 2.根据权利要求1所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述4个微震传感器分别设置于两个断面,每个断面设置两个微震传感器。 3.根据权利要求2所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述两个微震传感器,分别设置于隧道的侧面和拱顶。 4.根据权利要求3所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述两个断面距离为约25~30m。 5.根据权利要求4所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述步骤(1)中,根据隧道掘进进度,设置微震传感器的位置,使第一断面距离掌?#29992;?#30340;距离为约25~30m。 6.根据权利要求5所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述步骤(8)中,所述微震传感器与第二断面的距离为约25~30m。 7.根据权利要求6所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述微震传感器为单轴加速度传感器。 8.根据权利要求7所述的隧道工程安全施工开挖方法,其特征在于:所述步骤(2)中,通过全站仪确定微震传感器坐标。

说明书


一种隧道工程安全施工开挖方法
技术领域


本发明涉及隧道施工领域,尤其是涉及?#26723;?#38567;道施工过程?#20918;?#39118;险的隧道安全施
工开挖方法。


背景技术


隧道及地下工程中,由硬脆性岩体构成的围岩,在高地应力条件下,积聚着很高的
弹性应变能。在开挖过程中,由于开挖出现的临空面,导致径向应力?#26723;汀⑶邢?#24212;力增高的
应力分异作用,当集中的应力超过岩体的破坏强度时,使储存在岩体中的弹性应变能突然
释放,并伴随爆裂松?#36873;?#21093;落、弹射甚至抛掷的围岩破坏现象,称之为?#20918;?br>

?#20918;?#21306;别于围岩大变形的塑性破坏,是一种伴随能量?#22303;?#37322;放的非线性动力学现
象。轻微?#20918;?#30340;岩石呈片状剥落,而强烈?#20918;?#21487;将巨石?#22303;?#25243;出,甚至一次?#20918;?#23601;能抛出数
以吨计的岩块和岩片。在施工中出现的?#20918;?#29616;象,不仅延缓施工进度,而且对施工人员的生
命安全以及施工器械的财产安全造成了巨大的影响。


断层的工程特征主要表现为岩体疏松破碎、整体稳定性差、承载能力低和抗爆性
弱等。一般而言在断层地带,其区域构造应力会有较高的量级,同时在隧道开挖接近断层带
时,断层附近本身为应力集中带,使断层附近的应力释放后叠加到隧道围岩之上,从而使断
层附近的?#20918;?#39057;繁、?#29616;亍?br>

为?#31169;档?#28145;埋隧道穿越断层区域的?#20918;?#39118;险,现有技术中中国科学院武汉岩土力
学研究所CN201410017042.6的发明专利提出了通过隧道后方的微震传感器确定岩石破裂
位置从而确定断层产状,根据断层产状确定相向掘进隧道中继续开挖的掌?#29992;?#21644;停止开挖
的掌?#29992;媯?#20174;而确保施工安全,加快施工进度。然而,由于微震传感器的定位精度较低,对于
与水平面接近垂直的断面,可能给出错误的断层产状,从而导致施工方向错误,增加施工风
险。


发明内容


本发明提供一种?#26723;?#38567;道施工过程?#20918;?#39118;险的隧道安全施工开挖方法,在断层与
水平面角度较大时,也能够确定隧道的施工方向。


作为本发明的一个方面,提供一种隧道工程安全施工开挖方法,包括如下步骤:
(1)在隧道相向掘进的掌?#29992;?#21518;方分别设置4个微震传感器;(2)确定各个微震传感器的坐
标;(3)通过微震传感器的信号识别岩石破裂位置;(4)根据岩石破裂位置确定是否存在掌
?#29992;?#21069;方是否存在断层,当掌?#29992;?#23384;在前方存在断层时继续如下步骤(5):(5)停止距离断
层距离较近的一侧掌?#29992;?#30340;掘进,直到另一侧的掌?#29992;?#36317;离断层的距离与该掌?#29992;?#19982;断层
的距离相等;(6)判断断层与水平面夹角,当其小于80度时进入步骤(7),当其大于80度时进
入步骤(8);(7)停止下盘掌?#29992;?#30340;掘进,继续上盘掌?#29992;?#30340;掘进直到穿越断层与下盘掌子
面贯通;(8)在两侧掌?#29992;?#21518;分别增设一个微震传感器,确定微震传感器坐标,通过5个微震
传感器的信号识别以及记录岩石破裂位置,以及微震波传播到传感器的速度;(9)确定微波
传感器信号中来自相对掌?#29992;?#20013;截面附近的岩石破裂位置的信号,确定该位置产生的微震
波传播到两侧展?#29992;?#30340;传感器的速度;(10)比较微震波传播到两侧掘进方向的微波传感器
的速度,选择其中速度低的掘进方向单向掘进,并且穿越断层。


进一步的,所述步骤(1)中,所述4个微震传感器分别设置于两个断面,断面距离为
25~30m。


进一步的,所述步骤(1)中,根据隧道掘进进度,设置微震传感器的位置,使第一断
面距离掌?#29992;?#30340;距离为25~30m。


进一步的,所述步骤(8)中,所述增设的微震传感器与第二断面的距离为25~30m。


进一步的,所述步骤(3)中,根据方程(X-X
i)
2+(Y-Y
i)
2+(Z-Z
i)
2-V(T
i-T)
2=0;其中
(xi,yi,zi)为4个传感器坐标,T
i为4个传感器分别接收到信号的时间,V为预设的微震波速
度;将4个传感器的位置(xi,yi,zi)以及T
i代入上式
,确定岩石破裂位置(X,Y,Z)以及破裂时
间T。


进一步的,所述步骤(8)中,根据方程(X-X
i)
2+(Y-Y
i)
2+(Z-Z
i)
2-V(T
i-T)
2=0;其中
(xi,yi,zi)为5个传感器坐标,T
i为5个传感器分别接收到信号的时间;将5个传感器的位置
(xi,yi,zi)以及T
i代入上式
,确定岩石破裂位置(X,Y,Z),破裂时间T以及微震波传播到传感
器的速度V。


进一步的所述步骤(9)中,根据记录的岩石破裂位置,选择其中距离相对掌?#29992;?#20013;
截面10m以内的n个微震波源,确定各个微震波源对应的微震波传播到两侧传感器的速度
V1
i以及V2
i;计算各个微震波源对应的微震波传播到两侧传感器的速度的平均值ΣV1
i/n以
及ΣV2
i/n。


进一步的,所述步骤(10)中,比较ΣV1
i/n以及ΣV2
i/n的大小,选择其中速度低的
掘进方向单向掘进,并且穿越断层。


附图说明


图1是本发明实施例的隧道工程安全施工开挖方法的流程图。


具体实施方式


应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另
有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。


需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而?#19988;?#22270;限制根
据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明?#20998;?#20986;,否则单数形式
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。


本发明实施例的隧道工程安全施工开挖方法,用于对深埋隧道两个相向掘进掌子
面开挖过程进行连续监测,包括如下步骤:(1)在隧道相向掘进的掌?#29992;?#21518;方分别设置4个
微震传感器;(2)确定各个微震传感器的坐标;(3)通过微震传感器的信号识别岩石破裂位
置;(4)根据岩石破裂位置确定是否存在掌?#29992;?#21069;方是否存在断层,当掌?#29992;?#23384;在前方存在
断层时继续如下步骤(5):(5)停止距离断层距离较近的一侧掌?#29992;?#30340;掘进,直到另一侧的
掌?#29992;?#36317;离断层的距离与该掌?#29992;?#19982;断层的距离相等;(6)判断断层与水平面夹角是否大
于80度,当其小于80度时进入步骤(7),当其大于80度时进入步骤(8);(7)停止下盘掌?#29992;?br>的掘进,继续上盘掌?#29992;?#30340;掘进直到穿越断层与下盘掌?#29992;?#36143;通;(8)在两侧掌?#29992;?#21518;分别
增设一个微震传感器,确定微震传感器坐标,通过5个微震传感器的信号识别以及记录岩石
破裂位置,以及微震波传播到传感器的速度;(9)确定微波传感器信号中来自相对掌?#29992;?#20013;
截面附近的岩石破裂位置的信号,确定该位置产生的微震波传播到两侧展?#29992;?#30340;传感器的
速度;(10)比较微震波传播到两侧掘进方向的微波传感器的速度,选择其中速度低的掘进
方向单向掘进,并且穿越断层。


步骤(1)中,4个微震传感器分别设置于掌?#29992;?#21518;方的第一断面和第二断面,每个
断面设置两个微震传感器,分别设置于断面的侧面和拱顶,两个断面之间的距离可以设置
为25~30m,其中距离掌?#29992;?#36739;近的传感器与掌?#29992;?#30340;距离可以设置为25~30m。微震传感器
可以使用单轴加速度传感器,设置于安装地点的钻孔中。


步骤(2)中,随着掌?#29992;?#21521;前推进,传感器也随着向前前移,并与掌?#29992;?#20445;持一定
的距离,通过全站仪确定各个微震传感器的坐标(X
i,Y
i,Z
i)。


步骤(3)中,通过数据采集?#20302;?#37319;集4个传感器的信号,根据微震传感器的信号识
别岩石破裂位置,其中根据方程(X-X
i)
2+(Y-Y
i)
2+(Z-Z
i)
2-V(T
i-T)
2=0;其中 (xi,yi,zi)为4
个传感器坐标,T
i为4个传感器分别接收到信号的时间,V为预设的微震波速度;将4个传感
器的位置(xi,yi,zi)以及T
i代入上式
,确定岩石破裂位置(X,Y,Z)以及破裂时间T。其中预设
的微震波速度可以通过定点爆破实验预?#28909;?#23450;。


步骤(4)中,根据记录的岩石破裂位置确定是否存在掌?#29992;?#21069;方是否存在集中线
状分布的岩石破裂点,如果存在表示掌?#29992;?#21069;方存在断层,当掌?#29992;?#23384;在前方存在断层时
继续进行步骤(5)。


步骤(5)中,停止距离断层距离较近的一侧掌?#29992;?#30340;掘进,继续另一侧掌?#29992;?#30340;掘
进直到两侧掌?#29992;?#19982;断层的距离相等。


步骤(6)中,判断断层与水平面夹角,可以通过最小二乘法直线拟合断层区域的岩
石破裂点,根据拟合直线确定断层走向与水平面的夹角。在该夹角小于80度时进入步骤
(7),当其大于80度时进入步骤(8)。


步骤(7)中,根据断层产状确定掘进方向的上盘掌?#29992;?#21644;下盘掌?#29992;媯?#20572;止下盘掌
?#29992;?#30340;掘进,继续上盘掌?#29992;?#30340;掘进直到穿越断层与下盘掌?#29992;?#36143;通。


步骤(8)中,在两侧掌?#29992;?#21518;分别增设一个微震传感器,增设的微震传感器设置于
第二断面的后方,与第二断面的距离为25~30m。通过全站仪确定增设的微震传感器坐标。通
过5个微震传感器的信号识别以及记录岩石破裂位置,以及微震波传播到传感器的速度。具
体的,根据方程(X-X
i)
2+(Y-Y
i)
2+(Z-Z
i)
2-V(T
i-T)
2=0;其中 (xi,yi,zi)为5个传感器坐标,
T
i为5个传感器分别接收到信号的时间;将5个传感器的位置(xi,yi,zi)以及T
i代入上式,确
定岩石破裂位置(X,Y,Z),破裂时间T以及微震波传播到传感器的速度V。


步骤(9)中,确定微波传感器信号中来自相对掌?#29992;?#20013;截面附近的岩石破裂位置
的信号,确定该位置产生的微震波传播到两侧展?#29992;?#30340;传感器的速度。根据记录的岩石破
裂位置,选择其中距离相对掌?#29992;?#20013;截面10m以内的n个微震波源,确定各个微震波源对应
的微震波传播到两侧传感器的速度V1
i以及V2
i;计算各个微震波源对应的微震波传播到两
侧传感器的速度的平均值ΣV1
i/n以及ΣV2
i/n,其?#20174;?#20102;断层到两侧掌?#29992;?#30340;岩体的?#28798;省?br>微震波传播速度高表示该区域弹性模量大,而对于高弹性岩石,具有良好的储能条件,发生
?#20918;?#30340;可能?#28304;蟆?#22240;此,步骤(10)中,比较ΣV1
i/n以及ΣV2
i/n的大小,选择其中速度低的掘
进方向单向掘进,并且穿越断层,从而?#26723;脱冶?#39118;险。


在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考,就如同每一篇文献被单独引用
作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述公开内容之后,本发明的保护范围并不
仅局限于上述实施例,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修?#27169;?#22312;不脱离本发明
原理前提下,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。


关于本文
本文标题:一种隧道工程安全施工开挖方法.pdf
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