一种浅埋暗挖隧道地层稳定性的多参数判别方法与流程

本发明属于隧道工程领域，涉及一种浅埋暗挖隧道地层稳定性的多参数判别方法。

背景技术：

地铁等城市隧道以及公铁隧道的浅埋暗挖段往往是事故多发地段。隧道施工引起的地表沉降，受隧道地质条件、隧道跨度及埋深、开挖方法、支护时机与刚度，以及施工管理技术水平等多方因素的影响。地表沉降机制复杂，很难定量预测隧道施工引起的地表沉降及发展过程，导致隧道浅埋暗挖段的地层稳定性难以准确判断，传统的监测预警往往单一的的地表沉降指标进行判定，预测预警的准确率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种浅埋暗挖隧道地层稳定性的多参数判别方法。建立地表沉降变形控制指标和围岩变形控制指标，建立合理的埋暗挖隧道地层稳定性评价分级标准，取所有评价分级中的最不稳定的分级作为地层稳定性的最终分级。进而采取相应的工程管理措施确保隧道施工安全，预测预警的准确率较高。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种浅埋暗挖隧道地层稳定性的多参数判别方法，包括以下步骤：

s1：根据地表沉降变形规律和围岩变形规律拟定地层稳定性评价指标，建立地表沉降变形控制指标和围岩变形控制指标；每个指标包括3个基本参数，所述地表沉降变形控制指标基本参数为横向影响宽度w、最大地表沉降量ssmax和单位长度地层损失量v；所述围岩变形控制指标基本参数为超前变形影响度长度l1、急剧变形段长度l2以及最大围岩沉降量rsmax；

s2：针对浅埋暗挖隧道地层稳定性特点确定合理的评价指标，建立合理的埋暗挖隧道地层稳定性评价分级标准；

s3：根据围岩沉降规律数测数据分析和地层沉降变形规律实测数据分析，获得监测指标实测值；

s4：将监测指标实测值与地层稳定性评价分级标准对应，取所有评价分级中的最不稳定的分级作为地层稳定性的最终分级。

进一步，所述埋暗挖隧道地层稳定性评价分级标准具体为：

确定所述横向影响宽度w的安全基准值[w]，当w<1/3[w]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[w]≤w≤2/3[w]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[w]<w≤[w]时，地层稳定性评价分级为险情；当w>[w]时，地层稳定性评价分级为不稳定；

确定所述最大地表沉降量ssmax的安全基准值[ssmax]，当ssmax<1/3[ssmax]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[ssmax]≤ssmax≤2/3[ssmax]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[ssmax]<ssmax≤[ssmax]时，地层稳定性评价分级为险情；当ssmax>[ssmax]时，地层稳定性评价分级为不稳定；

确定所述单位长度地层损失量v的安全基准值[v]，当v<1/3[v]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[v]≤v≤2/3[v]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[v]<v≤[v]时，地层稳定性评价分级为险情；当v>[v]时，地层稳定性评价分级为不稳定；

确定所述超前变形影响度长度l1的安全基准值[l1]，当l1<1/3[l1]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[l1]≤l1≤2/3[l1]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[l1]<l1≤[l1]时，地层稳定性评价分级为险情；当l1>[l1]时，地层稳定性评价分级为不稳定；

确定所述急剧变形段长度l2的安全基准值[l2]，当l2<1/3[l2]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[l2]≤l2≤2/3[l2]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[l2]<l2≤[l2]时，地层稳定性评价分级为险情；当l2>[l2]时，地层稳定性评价分级为不稳定；

确定所述最大围岩沉降量rsmax的安全基准值[rsmax]，当rsmax<1/3[rsmax]时，地层稳定性评价分级为正常；当1/3[rsmax]≤rsmax≤2/3[rsmax]时，地层稳定性评价分级为异常；当2/3[rsmax]<rsmax≤[rsmax]时，地层稳定性评价分级为险情；当rsmax>[rsmax]时，地层稳定性评价分级为不稳定。

进一步，所述安全基准值确定方法具体为：所述安全基准值确定方法具体为：根据工程地质情况、水文情况、施工情况，根据地层沉降变形规律极限分析和围岩沉降规律极限分析进行岩土工程数值极限分析，得到各监测参数的安全基准值。

进一步，所述地层稳定性评价分级稳定程度由大到小依次为：正常、异常、险情、不稳定。

本发明的有益效果在于：根据具体隧道工程情况、地质情况、水文情况、施工情况综合确定参数安全基准值，综合考虑各个基本参数与安全基准值的关系进行地层稳定性判定分级，取所有评价分级中的最不稳定分级为地层稳定性的最终分级，进而采取相应的工程管理措施确保隧道施工安全，预测预警的准确率较高。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为地表沉降横向分布规律曲线；

图2为隧道围岩变形纵向分布规律；

图3为地表沉降控制指标；

图4为围岩变形控制指标；

图5为安全基准值确定方法图；

图6为地表沉降规律计算结果；

图7为围岩沉降变形规律计算结果；

图8为地表沉降规律实测数据分析图；

图9为围岩沉降变形规律实测数据分析图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

大量的研究表明浅埋暗挖隧道地表沉降空间上呈现一定的规律性，隧道开挖引起地表在垂直于隧道轴线的横断面上的沉降槽形状接近于概率论中的正态分布曲线，如图1所示。浅埋暗挖隧道施工引起的洞内拱顶沉降纵向分布规律，根据距离开挖面位置的不同，分为微小变形区、急剧增大区、缓慢变形区和稳定变形区等4个区域，如图2所示。

为了客观地评价隧道围岩的安全性，根据地表沉降变形规律和围岩变形规律拟定地层稳定性评价指标，建立包括地表沉降变形控制指标和围岩变形控制指标，其中地表沉降变形控制指标和围岩变形控制指标分别包括包括3个基本参数，具体参数是指：(1)地表沉降变形控制指标包括横向影响宽度w、最大地表沉降量ssmax和单位长度地层损失量v(如图3)；(2)围岩变形控制指标包括超前变形影响度长度l1、急剧变形段长度l2以及最大围岩沉降量rsmax(如图4)。

针对浅埋暗挖隧道地层稳定性特点确定合理的评价指标，建立合理的评价分级标准，如前所述，复杂地层的稳定性性评价指标包括2个方面控制指标，每个指标含有三个基本参数，基于此建立埋暗挖隧道地层稳定性6指标评价分级标准，如下表所示：

如图5所示，每一个控制指标的安全基准值可根据具体隧道工程情况、地质情况、水文情况、施工情况综合确定，施工过程中以上6项指标的实际情况，对地层稳定性进行判定分级，取6个指标中的最不稳定分级为地层稳定性的最终分级，进而采取相应的工程管理措施确保隧道施工安全。

1、依托工程概况

以某隧道洞口浅埋段为例介绍本发明对于浅埋挖隧道的地层稳定判断的具体实施步骤。该隧道基本情况如下：

1)隧道长度：隧道左右洞起讫里程桩号分别为：zk37+140～zk43+164、yk37+190～yk43+133，长度分别为6024m、5943m，为特长隧道；隧道通风方案为全射流纵向通风+专用竖井排烟。

2)隧道类型：分离双洞，测设线间距约21.5～44.7m。

3)隧道平面：隧道进、出口均位于r-1500m的平曲线上，通过a-500m的缓和曲线与洞身直线段相连，随后设置r-2600m的右偏平曲线与出口直线相接。

4)隧道纵断面：隧道采用单向字坡，左线纵坡依次为2.1％/4345、1.5％/1605；右线纵坡依次为2.1％/4340、1.499％/1615。

5)公路等级：一级公路

6)行车道数：双向四车道

6)隧道设计速度：80km/h

7)隧道主洞建筑限界：净宽0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75＝10.25m，净高5.0m。

2、各监测参数的安全基准值测确定

根据设计文件、实际工程地质情况、实际水文地质情况以及实际的围岩力学参数进行数值建模，采用数值极限分析的方法获得各个监测指标的极限值，并作为本次地层稳定性判别的安全基准值。

1)地表沉降规律槽计算结果如图6所示。

2)围岩变形规律计算结果如图7所示。

由图6和图7获得该隧道各监测参数的安全基准值，见下表：

表1各监测参数的安全基准值

3、建立各监测参数的分级预警标准

根据该隧道各监测参数的安全基准值，建立各参数地层稳定性分级标准，见下表：

表2各监测参数地层稳定性分级标准

4、基于实测数据分析地层稳定性等级的确定

将现场监测的数据进行整理分析，获得地表沉降变形规律曲线和围岩沉降变形规律曲线，见图8和图9；

由图8和图9获得该隧道各监测参数的实测，见下表：

表3各监测参数实测值

由表2和表3获得该隧道各监测稳定性等级，见下表：

表4各监测参数地层稳定性等级

综合对比分析各监测参数的稳定定性等级，取所有评价分级中的最不稳定的分级作为地层稳定性的最终分级，因此该隧道目前的地层稳定性状态为异常，建议暂缓隧道掌子面施工，加强观测，并加强支护措施。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。